(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の観察面上の観察者の左右の眼に対応する位置に、互いに異なる視差画像を導くことにより前記観察者に立体画像を見せる立体画像表示装置であって、
前記観察者の左右の眼に対応した２以上の視差画像を水平方向に長い所定のストライプ画像に分解し、該分解された所定のストライプ画像を合成した合成視差画像を表示する画像表示素子を有し、
該画像表示素子側から順に、
水平方向に配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズと、垂直方向に配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズとを含む第２の光学系と、
市松状に配置された開口部と遮光部とを含むマスクパターンを有するマスク部材と、
水平方向に配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを含み、前記マスク部材を介した光束を前記観察者の左右の眼に導く第１の光学系とを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を有していることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記観察者の観察位置情報を入力するための観察位置入力手段と，該観察位置入力手段の出力に応じて前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的位置を変更し制御するための位置制御手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記位置変更手段は１つ以上の駆動力発生手段と，該駆動力発生手段により発生される駆動力をリンク機構により、前記第１および第２の光学系と前記マスク部材に伝達し，前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置変更を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記位置変更制御手段による前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置の変更を制限するための移動位置制限手段を有していることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記位置変更手段による前記画像表示素子に対する前記第１および第２の光学系と該マスク部材の相対的な位置の変更は，水平方向の位置の変更であることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記観察位置入力手段は，前記観察者の観察位置を検出するための観察位置検出手段，あるいは，観察位置を設定するための観察位置設定手段，のうち少なくとも一つを有することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記観察位置設定手段は無線スイッチ手段であることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記観察位置設定手段からの出力に応じて前記観察者が観察位置を設定するための補助指標を提示する指標提示手段を有することを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
前記各ストライプ画像を構成する画素から発せられて，前記第２の光学系により前記マスク部材上に集光された画像表示光の内，前記ストライプ画像に対応する方の前記観察者の視点位置に到達する光が前記マスク部材を透過し，それ以外の光は遮光されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
前記第２の光学系は，垂直方向については前記画像表示素子の画素を前記マスク部材上に結像し，水平方向についてはその焦点位置と前記マスク部材の位置が略一致する事を特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記複数の第２レンズは、垂直方向及び水平方向に各々所定の周期で配列された複数のトロイダルレンズであることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記複数の第１レンズは、水平方向に所定の周期で配列された複数の第１シリンドリカルレンズを含む第１レンズアレイであり、
前記複数の第２レンズは、水平方向に所定の周期で配列された複数の第２シリンドリカルレンズを含む第２レンズアレイであり、
前記左右眼と前記第１シリンドリカルレンズの各々の中心とを結ぶ複数の直線が前記第２シリンドリカルレンズの中心を通っており、且つ前記複数の直線が交わる位置近傍に前記画像表示素子が有する複数の画素の中心が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１３】
前記第１シリンドリカルレンズ、前記第２シリンドリカルレンズ、前記マスクの相対的な位置の変更を制限するための移動位置制限手段を有しており、
前記第２シリンドリカルレンズから前記第１シリンドリカルレンズまでの光学換算距離をLhd、
前記観察者から前記第１シリンドリカルレンズまでの光学換算距離をLh0、
前記第１シリンドリカルレンズより前記画像表示素子側において前記複数の直線が交わる位置のうち前記シリンドリカルレンズに最も近い最近交差位置から前記第１シリンドリカルレンズまでの距離をLh１、
前記最近交差位置と前記マスク部材との光学換算距離をLh１a、
前記第１シリンドリカルレンズアレイの水平方向の移動距離を△VL１、
前記マスクの水平方向の移動距離を△ｍ、
前記第２シリンドリカルレンズアレイの水平方向の移動距離を△VL２としたとき、
前記移動位置制限手段は前記距離ΔVL１が
【数１】
0003720718.tif 000018
を満たし、前記距離Δmが
【数２】
0003720718.tif 000019
を満たし、前記距離ΔVL２が
【数３】
0003720718.tif 000020
を満たすように移動位置を制限することを特徴とする請求項１２記載の立体画像表示装置。
【請求項１４】
前記移動位置制限手段は前記距離ΔVL１が
【数４】
0003720718.tif 000021
を満たし、前記距離Δmが
【数５】
0003720718.tif 000022
を満たし、前記距離ΔVL２が
【数６】
0003720718.tif 000023
を満たすことを特徴とする請求項１３記載の立体画像表示装置。
【請求項１５】
前記移動位置制限手段は，非接触型移動位置制限装置，あるいは可変抵抗器を備えた移動位置制限装置，あるいは衝撃緩衝部材を備えた移動位置制限装置，あるいはラックギヤまたはセクタギヤを備えた移動位置制限装置のうち少なくとも一つを有することを特徴とする請求項４、１３、１４いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１６】
互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で、垂直方向に所定の第３の周期で配列された、水平方向及び垂直方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイと、垂直方向に第３の周期で配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズを有する第３レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
ここで、垂直断面内において、前記第３レンズアレイは、前記複数の画素の像を前記マスク部材の位置に結像しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で、垂直方向に第３の周期で配列された、水平方向及び垂直方向に互いに異なる屈折力を有する複数のトロイダルレンズを有する第２レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
ここで、垂直断面内において、前記第２レンズアレイは、前記複数の画素の像を前記マスク部材の位置に結像しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記トロイダルレンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイと、垂直方向に第３の周期で配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズを有する第３レンズアレイとを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素すべてとを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特殊なメガネを必要としないで立体画像を観察することができる立体画像表示装置に関し、特に、ＣＲＴやＬＣＤなどの画像表示素子にストライプ状に分割された２視点以上の視差画像を所定の順番で交互に並べた合成視差画像を表示し、該画像表示素子の前面のレンチキュラーレンズなどからなる光学系で画像光をマスクパターンに集光し、所定の視差画像光だけを透過させ、さらにマスクパターンの前面に配置された光学系でマスクパターンを透過した視差画像光を観察面上の所定の視点位置に集めることで立体画像を表示するようにしたものであり、例えば、テレビ、ビデオ、コンピューターモニタ、ゲームマシンなどにおいて立体表示を行うのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＣＲＴやＬＣＤなどの画像表示素子にストライプ状に分割された２視点以上の視差画像を所定の順番で交互に並べた合成ストライプ視差画像を表示し，
視差画像からの表示光を画像表示素子の前面に配置された光学部材において視差画像の対応する視点位置だけに表示光を導いて立体画像表示をする方法としてパララックスバリアやレンチキュラー方式が知られている。
【０００３】
また照明光源からの光を所定の開口部・遮光部を有するマスクパターンを透過させ該透過光束をパターン化し，該パターン化した光束が観察者の左眼・右眼に分離されて入射する様にパターン化された光学系により指向性を与え，該パターン化された光学系と観察者の間に透過型の画像表示素子を設け，該画像表示素子に左眼・右眼に対応した視差画像を交互にストライプ状に合成して表示する事を特徴とする立体画像表示方法及び装置が例えば特開平９−３１１２９４号公報で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パララックスバリアやレンチキュラー方式では，合成ストライプ視差画像として垂直方向に細長い視差画像を交互に表示した縦ストライプ合成視差画像を用い視差画像の視点への方向づけは，縦ストライプ画像の画素位置と画像表示素子の前面に置かれるパララックスバリア，レンチキュラーレンズによっている。これらの方法で画像表示素子としてＣＲＴやＬＣＤなどの離散的画素をもつ画像表示素子を用いると画素と画素の間にある所謂ブラックマトリックスの部分に対応して観察面で表示光が達しない暗部が生じ，実効的な観察領域の水平方向の巾を狭めることになる。
【０００５】
特開平９−３１１２９４号公報では画像表示素子としてＬＣＤなどの透過型画像表示素子を用い，表示光の左右眼の位置への方向づけは，画像表示素子の後ろ側にある光学系で照明光に方向づけを行うものであり，ＬＣＤなどの透過型画像表示素子の拡散や画素構造による回折などで表示光の方向が乱されるとクロストークが生じるという点において、より改善の余地がある。
【０００６】
また，これらの特殊なめがねなしの立体表示方式においては，観察者は平均的な両眼中心距離の約６５ｍｍを基準に設定された，空間的に左眼領域と右眼領域に分離した，ごく限られた範囲内でしか立体視することができない。このため，観察者は左右眼を夫々の領域に設定するために，頭の位置を固定するようにして観察する必要があり見にくいという点において、より改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、視点への画像表示光の方向づけを水平方向において、ストライプ画像の水平方向の位置に無関係に行われ画像表示素子の画素と画素の間の所謂ブラックマトリックスによって観察面に表示光が達しない暗部が生じることもなく、また画像表示素子の散乱や画素構造による回折の影響も原理的に受けることがなく、立体画像を良好に観察することができる立体画像表示装置の提供を目的とする。
【０００８】
この他本発明は、観察者が観察位置を変えても、それに基づいて光学部材を変倍させ立体画像の観察される領域を変化させることによって、常に良好なる立体画像を観察することができる立体画像表示装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の立体画像表示装置は、所定の観察面上の観察者の左右の眼に対応する位置に、互いに異なる視差画像を導くことにより前記観察者に立体画像を見せる立体画像表示装置であって、
前記観察者の左右の眼に対応した２以上の視差画像を水平方向に長い所定のストライプ画像に分解し、該分解された所定のストライプ画像を合成した合成視差画像を表示する画像表示素子を有し、
該画像表示素子側から順に、
水平方向に配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズと、垂直方向に配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズとを含む第２の光学系と、
市松状に配置された開口部と遮光部とを含むマスクパターンを有するマスク部材と、
水平方向に配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを含み、前記マスク部材を介した光束を前記観察者の左右の眼に導く第１の光学系とを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を有していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記観察者の観察位置情報を入力するための観察位置入力手段と，該観察位置入力手段の出力に応じて前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的位置を変更し制御するための位置制御手段を有していることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記位置変更手段は１つ以上の駆動力発生手段と，該駆動力発生手段により発生される駆動力をリンク機構により，前記第１および第２の光学系と前記マスク部材に伝達し，前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置変更を行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は請求項１，２又は３の発明において、
前記位置変更制御手段による前記第１および第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置の変更を制限するための移動位置制限手段を有していることを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明は請求項１の発明において、
前記位置変更手段による前記画像表示素子に対する前記第１および第２の光学系と該マスク部材の相対的な位置の変更は，水平方向の位置の変更であることを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明は請求項２の発明において、
前記観察位置入力手段は，前記観察者の観察位置を検出するための観察位置検出手段，あるいは，観察位置を設定するための観察位置設定手段，のうち少なくとも一つを有することを特徴としている。
【００１５】
請求項７の発明は請求項６の発明において、
前記観察位置設定手段は無線スイッチ手段であることを特徴としている。
【００１６】
請求項８の発明は請求項６の発明において、
前記観察位置設定手段からの出力に応じて前記観察者が観察位置を設定するための補助指標を提示する指標提示手段を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項９の発明は請求項１の発明において、
前記各ストライプ画像を構成する画素から発せられて，前記第２の光学系により前記マスク部材上に集光された画像表示光の内，前記ストライプ画像に対応する方の前記観察者の視点位置に到達する光が前記マスク部材を透過し，それ以外の光は遮光されることを特徴としている。
【００１８】
請求項１０の発明は請求項１の発明において、
前記第２の光学系は，垂直方向については前記画像表示素子の画素を前記マスク部材上に結像し，水平方向についてはその焦点位置と前記マスク部材の位置が略一致する事を特徴としている。
【００１９】
請求項１１の発明は請求項１乃至１０のいずれか１項の発明において、前記複数の第２レンズは、垂直方向及び水平方向に各々所定の周期で配列された複数のトロイダルレンズであることを特徴としている。
【００２０】
請求項１２の発明は請求項１乃至１１のいずれか１項の発明において、前記複数の第１レンズは、水平方向に所定の周期で配列された複数の第１シリンドリカルレンズを含む第１レンズアレイであり、
前記複数の第２レンズは、水平方向に所定の周期で配列された複数の第２シリンドリカルレンズを含む第２レンズアレイであり、
前記左右眼と前記第1シリンドリカルレンズの各々の中心とを結ぶ複数の直線が前記第２シリンドリカルレンズの中心を通っており、且つ前記複数の直線が交わる位置近傍に前記画像表示素子が有する複数の画素の中心が配置されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項１３の発明は請求項１２の発明において、前記第１シリンドリカルレンズ、前記第２シリンドリカルレンズ、前記マスクの相対的な位置の変更を制限するための移動位置制限手段を有しており、
前記第２シリンドリカルレンズから前記第１シリンドリカルレンズまでの光学換算距離をLhd、
前記観察者から前記第１シリンドリカルレンズまでの光学換算距離をLh0、
前記第１シリンドリカルレンズより前記画像表示素子側において前記複数の直線が交わる位置のうち前記シリンドリカルレンズに最も近い最近交差位置から前記第１シリンドリカルレンズまでの距離をLh1、
前記最近交差位置と前記マスク部材との光学換算距離をLh1a、
前記第１シリンドリカルレンズアレイの水平方向の移動距離を△VL1、
前記マスクの水平方向の移動距離を△ｍ、
前記第２シリンドリカルレンズアレイの水平方向の移動距離を△VL２としたとき、
前記移動位置制限手段は前記距離ΔVL1が
【数７】
0003720718.tif 000002
を満たし、前記距離Δmが
【数８】
0003720718.tif 000003
を満たし、前記距離ΔVL2が
【数９】
0003720718.tif 000004
を満たすように移動位置を制限することを特徴としている。
【００２２】
請求項１４の発明は請求項１３の発明において、前記移動位置制限手段は前記距離ΔVL1が
【数１０】
0003720718.tif 000005
を満たし、前記距離Δmが
【数１１】
0003720718.tif 000006
を満たし、前記距離ΔVL2が
【数１２】
0003720718.tif 000007
を満たすことを特徴としている。
【００２３】
請求項１５の発明は請求項４，１３又は１４の発明において、前記移動位置制限手段は，非接触型移動位置制限装置，あるいは可変抵抗器を備えた移動位置制限装置，あるいは衝撃緩衝部材を備えた移動位置制限装置，あるいはラックギヤまたはセクタギヤを備えた移動位置制限装置のうち少なくとも一つを有することを特徴としている。
【００２４】
請求項１６の発明の立体画像表示装置は、互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で、垂直方向に所定の第３の周期で配列された、水平方向及び垂直方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴としている。
【００２５】
請求項１７の発明の立体画像表示装置は、互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイと、垂直方向に第３の周期で配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズを有する第３レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
ここで、垂直断面内において、前記第３レンズアレイは、前記複数の画素の像を前記マスク部材の位置に結像しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１８の発明の立体画像表示装置は、互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で、垂直方向に第３の周期で配列された、水平方向及び垂直方向に互いに異なる屈折力を有する複数のトロイダルレンズを有する第２レンズアレイを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
ここで、垂直断面内において、前記第２レンズアレイは、前記複数の画素の像を前記マスク部材の位置に結像しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素とを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記トロイダルレンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴としている。
【００２７】
請求項１９の発明の立体画像表示装置は、互いに異なる左眼用視差画像と右眼用視差画像各々を水平方向に長い複数のストライプ画像に分割し、該複数のストライプ画像を交互に垂直方向に並べて合成した合成視差画像を複数の画素で表示する画像表示素子を有し、前記左眼用視差画像を観察者の左眼に、前記右眼用視差画像を前記観察者の右眼に導く立体画像表示装置であって、
前記画像表示素子側から順に、第２光学系、市松状に配列された開口部と遮光部を有するマスク部材、第１光学系を備えており、
さらに、前記観察者の位置の変化に追従して、前記画像表示素子に対する前記第１の光学系および前記第２の光学系と前記マスク部材の相対的な位置を変更する位置変更手段を備えており、
前記第２光学系が、水平方向に所定の第２の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第２レンズを有する第２レンズアレイと、垂直方向に第３の周期で配列された、垂直方向に屈折力を有する複数の第３レンズを有する第３レンズアレイとを有し、
前記第１光学系が、水平方向に所定の第１の周期で配列された、水平方向に屈折力を有する複数の第１レンズを有する第１レンズアレイとを有しており、
所定の水平断面内において、前記左眼の位置、右眼の位置と前記複数の画素すべてとを結ぶ直線上に、前記第１レンズの頂点、前記開口部の中心又は前記遮光部の中心、前記第２レンズの頂点が位置するように構成されていることを特徴としている。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は，本発明の立体画像表示装置（表示装置）の実施形態１を説明する斜視図である。
【００５５】
画像表示素子１には，後述する２視点の視差画像（又は２以上の視差画像）から合成された合成視差画像が表示される。
【００５６】
２はＶ方向（垂直方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズ２ａを複数個、垂直方向に配列した横レンチキュラーレンズ，３（５）はＨ方向（水平方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズ３ａ（５ａ）を複数個、水平方向に配列した第１（第２）の縦レンチキュラーレンズ，４は光透過部と光遮光部を所定の順序（市松状）に配列できるマスクパターンを有した市松開口マスクである。
【００５７】
図２は、図１の画像表示素子１に表示する合成視差画像を説明する図であり，観察者１０１の左右各々の眼ＥＬ，ＥＲに対応する視差画像６，７を水平方向に長いストライプ画像に分割して交互に１つずつ垂直方向に並べて合成視差画像８を合成する。
【００５８】
この実施形態では水平ストライプ画像への分割は，画像表示素子１（図１など）の水平走査線ごとの分割としている。
【００５９】
はじめに本発明の立体画像表示装置で立体映像が観察できる原理について説明を行い，次いで、観察者１０１の観察位置に追従して立体画像を表示する方法について説明する。
【００６０】
本実施形態では合成視差画像８の奇数ラインが左眼用の視差画像６，偶数ラインを右眼用の視差画像７であるとしている。
【００６１】
図１に戻って本実施形態の原理を説明する。
【００６２】
画像表示素子１上に表示される合成視差画像８の各画素水平ラインには，横レンチキュラーレンズ２を構成する水平方向に細長く垂直方向にだけ曲率を持つ１つのシリンドリカルレンズ２ａが対応しており垂直断面内（ＶＺ断面内）では，画像表示素子１の画素１ａは，横レンチキュラーレンズ２ａで市松開口マスク４上に結像される。
【００６３】
水平方向には画像表示素子１の各画素１ａから発せられる画像表示光は，第２縦レンチキュラーレンズ５により市松開口マスク４上に集光される。
【００６４】
市松開口マスク４は，第２縦レンチキュラーレンズ５を構成する垂直方向に細長く水平方向にだけ曲率を持つシリンドリカルレンズ５ａの焦点面に配置される。
【００６５】
該第２縦レンチキュラーレンズ５を構成するシリンドリカルレンズ５ａの焦点距離をfh2とすると各画素１ａからの画像表示光は，該シリンドリカルレンズ５ａへの水平方向（ＨＺ断面内）の入射角ahに対して各シリンドリカルレンズ５ａの中心から
fh2×tan(ah)
だけ水平方向にずれた位置で市松開口マスク４と交わる。
【００６６】
市松開口マスク４の開口および遮蔽の水平方向の１ラインは，該合成視差画像８の１水平ラインと対応しており水平方向には１開口と１遮蔽のペアが該第１縦レンチキュラーレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの１つと対応している。
【００６７】
合成視差画像８の右眼用ライン（合成視差画像の偶数ライン）の各画素からの画像表示光のうち，観察者の右眼ＥＲの位置に向かう光は市松開口マスク４の開口部に第２縦レンチキュラーレンズ５により集められ，観察者の左眼ＥＬの位置に向かう画像表示光は，市松開口マスク４の遮蔽部で遮光されるように市松開口マスク４上の水平偶数ラインの開口と遮蔽部の配列は規定されている。
【００６８】
市松開口マスク４の水平奇数ラインの開口と遮蔽の配列は水平偶数ラインの開口と遮蔽部の配列と開口と遮蔽部の位置が入れ替わるように設定され，全体で開口部と遮蔽部が市松状になるようになっている。
【００６９】
市松マスク４を透過した画像表示光は，第１縦レンチキュラーレンズ３で観察者の左右の眼に投射される。
【００７０】
市松開口マスク４は第１縦レンチキュラーレンズ３の焦点面になっており，市松開口マスク４の開口位置と第１縦レンチキュラーレンズ３により予め定められた距離にいる観察者の左眼には左眼用の視差画像表示光だけが，右眼には右眼用の視差画像表示光だけが達する。
【００７１】
本発明の立体画像表示装置においては、前述の第１の縦レンチキュラーレンズ３を第１の光学系、横レンチキュラーレンズ２および第２の縦レンチキュラーレンズ５によって構成されるものを第２の光学系としている。また、第２の光学系は垂直方向と水平方向に異なる焦点距離を持つトロイダルレンズを水平および垂直に各々所定の周期で並べて構成されるマイクロレンズアレイを用いて構成することも可能である。
【００７２】
次に第１縦レンチキュラーレンズ３，横レンチキュラーレンズ２，市松開口マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を用いた本発明の立体画像表示装置における設計パラメータを好適に設定した場合の互いの関係について説明する。
【００７３】
図３は，本実施形態の立体画像表示装置を画像表示素子１の右眼用画像ライン（偶数ライン）を含む水平断面で切った断面図であり既出の図と同一部材については同一の記号を付す。
【００７４】
本発明の立体画像表示装置では，水平方向の作用と垂直方向の光学作用は分離して考える事が出来，図３を使った説明は，水平方向（ＨＺ断面内）の作用に関するものである。
【００７５】
図３では右眼ＥＲに向かう画像表示光を実線，左眼ＥＬに向かう画像表示光を破線で示しているが図１，２から明らかなようにこれら２つの光線群を含む面は画像表示素子１の走査線の巾で垂直方向にずれている。
【００７６】
本実施形態では観察者の左右眼の位置ＥＬ，ＥＲと画像表示素子１の水平画素ライン上の各画素を結ぶ直線上に，
▲１▼第１縦レンチキュラーレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの頂点（レンズ面頂点）が位置する。
▲２▼市松開口マスク４の開口または遮光部の中心が位置する。
▲３▼第２縦レンチキュラーレンズ５を構成するシリンドリカルレンズ５ａの頂点が位置する。
以上のように構成することが望ましい。
【００７７】
この条件が崩れていても市松マスク４と第１のレンチキュラーレンズ３の関係が保たれていれば立体画像の表示は可能だが，配置によっては画像表示素子１からの光の利用効率が悪くなり，さらに画素の一部が暗くなる可能性がある。
【００７８】
図３のように本発明の立体画像表示装置を構成するとき，第１縦レンチキュラーレンズ３および第２縦レンチキュラーレンズ５は左右の眼の位置であるＥＬ，ＥＲ２点と画像表示素子１の水平画素ライン上の各画素をむすぶ直線群が交わる面に配置すれば良いことになる。
【００７９】
図３では第１縦レンチキュラーレンズ３からみて１番目の交線面に第２縦レンチキュラーレンズ５を配置し，２番目の交線面に画像表示素子１を配置したことになる。
【００８０】
横レンチキュラーレンズ２は，これらの条件とは無関係に後述する垂直方向（ＶＺ断面内）の条件に適し，それ以外の部材と干渉しない位置に配置することが出来る。（図３では画像表示素子１と第２縦レンチキュラーレンズ５の間に配置されている）
市松マスク４は，第１縦レンチキュラーレンズ３と第２のレンチキュラーレンズ５の間で左眼ＥＬと画像表示素子１の各画素を結ぶ直線群（破線）と右眼ＥＲと画像表示素子１の各画素を結ぶ直線群（実線）の間隔が等分となる面に配置される。
【００８１】
以上のように配置されているとき本発明の立体画像表示装置の水平方向に関する設計パラメータの関係は以下のようになる。
【００８２】
【数２３】
0003720718.tif 000008
【００８３】
fh2＝LhL2−Lh1a           …(h10)
fh1＝Lh1a                  …(h11)
HL1は第１縦レンチキュラーレンズ３のピッチ，
HL2は第２縦レンチキュラーレンズ５のピッチ，
Hdは画像表示素子１の水平方向の画素ピッチ，
Hmは市松マスク４の開口または遮蔽の水平方向の巾，
H1は第１縦レンチキュラーレンズ３からみて前述の光線群の第１番目の交差面（面５ａ上）での交点間の水平ピッチ，
Ndは画像表示素子１が配置される位置について第１縦レンチキュラーレンズ３からみて前述の光線群の第Ｎｄ番目の交差面に配置されることを示す正の整数，
NL2は第２縦レンチキュラーレンズ５が配置される位置について第１縦レンチキュラーレンズ３からみて前述の光線群の第NL2番目の交差面に配置されることを示す正の整数，
Lhdは第２縦レンチキュラーレンズ５の第１縦レンチキュラーレンズ３からの光学換算距離，
LhL2は画像表示素子１の第１縦レンチキュラーレンズ３からの光学換算距離，
Lh0は観察者から第１縦レンチキュラーレンズ３までの光学換算距離，
Lh1は第１縦レンチキュラーレンズ３からみて前述の光線群の第１番目の交差面までの距離，
Lh1aは該第１の交差面から市松マスク４までの光学換算距離，
Lh1bは市松マスク４から第１の交差面までの光学換算距離，
fh1は第１縦レンチキュラーレンズ３を構成する個々のシリンドリカルレンズの焦点距離，
fh2は第２縦レンチキュラーレンズ５を構成する個々のシリンドリカルレンズの焦点距離である。
【００８４】
以上の関係式を各設計パラメータが略満足しているとき右眼と左眼に表示光の良好な分離が起こる。
【００８５】
ここで第２縦レンチキュラーレンズ５は，図３で示す実施形態では第１番目の交差面に配置されているが(h6)式から(h9)式までの関係式は，第２縦レンチキュラーレンズ５が第１番目の交差面に置かれるか否かに関わらず成立が要求される。
【００８６】
図４に画像表示素子１および第２縦レンチキュラーレンズ５を第１の縦レンチキュラーレンズ３からみて前述の光線群の第４番目の交差面および第２番目の交差面に置く構成例を示す（Nd＝4，NL2＝2の場合）。
【００８７】
図３と同一の部材には同一の符番を付す。
【００８８】
この構成例でも前述の(h1)式から(h9)式までの関係式が成立している場合に右眼と左眼に表示光の良好な分離が起こる。
【００８９】
ここで説明したように本発明では，第２縦レンチキュラーレンズ５と画像表示素子１の配置する位置に自由度がある。例えば画像表示素子１がＬＣＤ等であり，画像が実際に表示される液晶層等が所定の厚さの基板ガラスなどで挟まれており，第２縦レンチキュラーレンズ５や横レンチキュラーレンズ２などの部材を該画像表示素子１のすぐ近くには，配置できない場合でも良好な立体画像表示が行える。
【００９０】
なお画像表示素子１からの画像光の利用効率を高く設定する必要が無い場合は，前記の関係式を必ずしもすべて満たしていなくても立体画像の表示は可能である。
【００９１】
その場合Hm：E＝Lh1a：Lh0と前述(h11)式および後述される垂直方向の関係式を満たしていれば良い。
【００９２】
次に図１垂直方向（ＶＺ断面内）の関係式の説明を図５を用いて行う。図５は，本実施形態１の立体画像表示装置を横から観た概略図（ＶＺ断面図）であり既出の図と同一部材については同一の記号を付す。
【００９３】
横レンチキュラーレンズ２を構成する個々のシリンドリカルレンズ２ａは画像表示素子１の１水平ラインに対応し，垂直断面において該水平ラインを市松マスク４上の開口および遮光部から構成される１つの水平の列上に結像する。
【００９４】
このような作用が良好に働くためには本発明の立体画像表示装置の垂直方向に関する設計パラメータの関係は以下のようになる。
【００９５】
Vd：Vm＝Lv1：Lv2              ・・・(v1)
2×Vd：VL＝Lv1＋Lv2：Lv2      ・・・(v2)
【００９６】
【数２４】
0003720718.tif 000009
【００９７】
Vdは画像表示素子１の画素の垂直方向ピッチ，
Vmは市松マスク４の開口部または遮光部の垂直方向の巾，
Lv1は画像表示素子1から横レンチキュラー２までの光学換算距離，
Lv2は横レンチキュラーレンズ２から市松マスク４までの光学換算距離，
fvは横レンチキュラーレンズ２を構成するシリンドリカルレンズ２ａの焦点距離である。
【００９８】
(v1)式は画像表示素子１上の１水平ストライプ画像が市松マスク４上の１水平列上に過不足ない巾で結像されるための条件であり，
(v3)式は該結像のために必要な横レンチキュラーレンズ２を構成する水平方向に細長い個々のシリンドリカルレンズ２ａの垂直方向の焦点距離fvを規定する条件である。
【００９９】
(v2)式は画像表示素子１上の１水平ストライプ画像からでた画像光が該横レンチキュラーレンズ２の該水平ストライプ画像に対応していない水平方向に細長いシリンドリカルレンズ２ａを通っても左右の反転が起こらずクロストークが生じないための条件である。
【０１００】
さらに垂直断面において観察者の眼と市松マスク４の各開口の中心，横レンチキュラーレンズ２を構成する個々のシリンドリカルレンズ２ａの中心および画像表示素子１の画素の中心が一直線上に並ぶ構成にすると画像光の利用効率が高くまた横レンチキュラー２の横筋が目立たなくすることが出来る。
【０１０１】
この様に本発明の立体画像表示装置を構成するには(v1)式から(v3)式に加え，市松マスク４から観察者までの光学換算距離Lv0とすると
Vd：VL＝Lv0＋Lv1＋Lv2：Lv0＋Lv2          …(v4)
が成り立っていることが必要である。
【０１０２】
前述の様に本発明では垂直方向と水平方向の関係式は，独立であり，横レンチキュラーレンズ２は，(v1)式から(v4)式が成立し，他の部材と干渉しない位置に自由に配置する事ができる。
【０１０３】
この様に，本発明の立体表示装置において，図２に示すような水平ストライプ状の合成視差画像８を画像表示素子１に表示すれば，所定の観察位置では視差画像６と視差画像７を分離して観察することができ，立体映像を観察することができる。
【０１０４】
更に，図１，２，６，７を用いて，観察者の観察位置に追従して立体画像を表示する方法について説明する。
【０１０５】
図１に示すように，例えば，観察者１０１の左眼位置が予め設定された左眼の基準位置Ｘ1にある時に，観察者は正しく立体画像を観察していたとする。この観察者の左眼位置が位置Ｘ1から水平方向に距離ΔＸずれた位置Ｘ2に移動する
と，適正な立体視領域から外れ一般的にクロストークや逆立体視が発生し，正しく立体画像を観察することができない。
【０１０６】
本実施形態は観察者１０１の位置情報を位置センサー９で検出し，その位置情報に対応して位置変更手段で市松マスク４と第１縦レンチキュラーレンズ３と第２縦レンチキュラーレンズ５を水平方向に相対的に移動することにより，クロストークや逆立体視を補正して適正な立体視領域を追従させ正しく立体画像を観察させている。
【０１０７】
本実施形態では観察者１０１の位置を検出し，その位置に対応して位置変換手段１０、Ｍ１で所定の構成要素を駆動制御して立体視領域を観察者に追従させるようにするものである。
【０１０８】
図１において，位置センサー９は観察者１０１の位置例えば瞳や頭部等を検出するための観察者位置入力手段の一要素である。観察者の位置検出の方法については，従来から多数の提案があり，本実施形態では観察者の水平方向の位置が検出できるいろいろな方法を用いることが出来る。例えばＴＶカメラで観察者の像を撮影し，画像処理によって観察者の顔の中心位置を求める方法を用いる。
【０１０９】
その他の観察者位置入力手段としては，スイッチ入力操作により観察位置を設定することもできる。
【０１１０】
駆動手段Ｍ１は第１縦レンチキュラーレンズ３と市松マスク４と第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の相対的位置を変位させる水平位置変更手段の一要素である。
【０１１１】
駆動制御装置１０は位置センサー９で検出した位置情報を受け，駆動手段（駆動力発生手段）Ｍ１に駆動信号を出力するものである。
【０１１２】
図６は図２における水平ストライプ画素Ｌ(２ｎ−１)を通る水平平面での断面図（ＨＶ断面図）であり，観察者１０１の左眼が位置Ｘ1から水平方向に距離ΔＸずれた位置Ｘ2に移動した場合の説明図である。
【０１１３】
位置Ｘ2において適正な立体視領域を形成するためには，前述したような▲１▼▲２▼▲３▼の条件を満たさねばならない。
【０１１４】
本実施形態では図６に示すように，
第１縦レンチキュラーレンズ３を位置VL1lから水平方向に距離ΔVL1ずれた位置VL12に、市松マスク４を位置ｍ1から水平方向に距離Δｍずれた位置ｍ2に
第２縦レンチキュラーレンズ５を位置VL21から水平方向に距離ΔVL2ずれた位置VL22に、を移動することにより，この条件を満たすものとする。
【０１１５】
つまり，観察者１０１が右方向に距離ΔＸ移動した場合，
第１縦レンチキュラーレンズ３を右方向(観察者の移動と同じ方向)に距離ΔVL1だけ，
市松マスク４を右方向(観察者の移動と同じ方向)に距離Δｍだけ，
第２縦レンチキュラーレンズ５を右方向(観察者の移動と同じ方向)に距離ΔVL2だけ，移動する。
【０１１６】
これにより図１に示すような最適観察視面における縦ストライプ状の観察領域は，距離ΔＸだけ水平方向に全体として右方向に移動し，観察者は正しく立体画像を観察することができる。
【０１１７】
この場合の観察者の移動距離ΔＸと
第１縦レンチキュラーレンズ３の移動距離ΔVL1，
市松マスク４の移動距離Δｍ，
第２縦レンチキュラーレンズ５の移動距離ΔVL2は，図６に示すような幾何学的な関係から次式で表すことができる。
【０１１８】
【数２５】
0003720718.tif 000010
【０１１９】
Lh0，Lh1，Lhd，Lh1aはそれぞれ式(h1)式から(h11)式を満たすように設計する際に定まるものであり，式(1)(2)(3)は予め設定された左眼の基準位置Ｘ1からの水平方向の移動距離ΔＸを計測することにより，
第１縦レンチキュラーレンズ３を水平方向に移動する量ΔVL1，
市松マスク４を水平方向に移動する量Δm，
第２縦レンチキュラーレンズ５を水平方向に移動する量ΔVL2，が分かることを示している。
【０１２０】
図７は駆動手段Ｍ１の説明図である。
【０１２１】
スライダーＳ１は画像表示素子１を固定しているベース基板１１上に設けられたレール１２に沿って往復直線運動するリニアベアリング１３で構成している。本実施形態では，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の辺に沿ってリニアベアリング１３の一端を取り付けし，これらの部材を水平方向(Ｈ方向)に往復直線運動可能に保持している。
【０１２２】
駆動機構Ｋ１は不図示の電源により駆動力を発生するモーター１４，モーター１４の回転運動を減速する減速機構，回転運動を直線運動に変換し第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５に駆動力を伝達するリンク機構で構成している。
【０１２３】
前記減速機構はモーター１４の回転軸に取り付けされたギヤ１５と，画像表示素子１のある１画素の垂直方向（Ｖ方向）の延長線上の位置Ｃ1を回転中心として設けられたセクタギヤ１６で構成されている。
【０１２４】
前記リンク機構はセクタギヤ１６と一体構造で設けられた駆動力伝達板１７，駆動力伝達板１７による駆動力を受け，第１縦レンチキュラーレンズ３と市松マスク４と第２縦レンチキュラーレンズ５に駆動力を伝達するピン部材１８，駆動力伝達板１７とピン部材１８とのガタを除去するためのバネ１９によって構成されている。
【０１２５】
ピン部材１８は，駆動力伝達板１７とバネ１９により，前述した位置Ｃ1と，第１縦レンチキュラーレンズ３を構成するシリンドリカルレンズ３ａの頂点の垂直方向（Ｖ方向）の延長線上の位置Ｃ2と，市松マスク４の開口または遮光部の中心の垂直方向（Ｖ方向）の延長線上の位置Ｃ3と，第２縦レンチキュラーレンズ５を構成するシリンドリカルレンズの頂点の垂直方向（Ｖ方向）の延長線上の位置Ｃ4が一直線上に配置されるという条件を満たすように設置されるものである。
【０１２６】
すなわち，本実施形態のリンク機構は前述の▲１▼▲２▼▲３▼の条件を満たしながら，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を水平方向に駆動できるものである。
【０１２７】
ポテンショメータ２０は第１縦レンチキュラーレンズ３の水平位置を検出するものである。
【０１２８】
本実施形態においては，ポテンショメータ２０は第１縦レンチキュラーレンズ３の水平位置を検出するものとしているが，市松マスク４あるいは第２縦レンチキュラーレンズ５の水平位置を検出するようにしても良い。
【０１２９】
モーター１４とポテンショメータ２０は駆動制御装置１０に接続されている。
【０１３０】
次に本実施形態の制御について説明する。
【０１３１】
観察者１０１の位置が，予め設定された水平方向の基準位置Ｘ0にある時に，観察者は正しく立体画像を観察できるように設定している。この観察者が時間ｔ１時に位置Ｘt1に移動した場合を考える。
【０１３２】
位置センサー９は，観察者の時間ｔ１時における水平方向の位置Ｘt1を検出し，その位置情報を駆動制御装置１０に送る。
【０１３３】
また，ポテンショメータ２０は，現状(追従前のｔ０時)の第１縦レンチキュラーレンズ３の位置VL1t0を検出し，これらの位置情報を駆動制御装置１０に送る。
【０１３４】
駆動制御装置１０は位置センサー９からの信号を受けて，予め設定された水平方向と基準位置Ｘ0からの観察者の水平方向のずれ|Ｘt1−Ｘ0|を算出し，ｔ１時の観察者の位置Ｘt1において，適正な立体視領域を追従させて形成するための第１縦レンチキュラーレンズ３の位置VL1t1を算出する。
【０１３５】
また，駆動制御装置１０はポテンショメータ２０からの信号を受けて，位置VL1t1と位置VL1t0を比較して，第１縦レンチキュラーレンズ３の移動量|VL1t1−VL1t0|と移動方向を算出して駆動手段Ｍ１のモーター１４に駆動信号を出力する。
【０１３６】
駆動手段Ｍ１により第１縦レンチキュラーレンズ３を所望の位置VL1t1に移動する。
【０１３７】
これによりｔ１時の観察者に観察視面におけるクロストークを補正して適正な立体視領域を追従させ正しく立体画像を観察させる。
【０１３８】
上述した制御過程をｔ１,ｔ２…ｔｎと順次繰り返すことにより，観察者は広い観察領域の中で，正しく立体画像を観察することが可能となる。
【０１３９】
本実施形態のリンク機構においては，前述の▲１▼▲２▼▲３▼の条件を満たしながら，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を水平方向に駆動するものを提案しているが，夫々の部材に水平方向の駆動機構とポテンショメータを設け，夫々の部材を前述の式(1)(2)(3)で決まる移動量だけ独立に駆動制御するようにしても良い。
【０１４０】
また，本実施形態のように衝撃に脆いガラスやプラスチックで構成されている第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５等の光学部材を機械的な駆動機構によって移動制御する場合には，これらの光学部材をストッパー部材や接点接触式のスイッチ等の移動制限部材に突き当てて移動量を制限すると，光学部材は移動制限部材との干渉により破損する可能性がある。
【０１４１】
このため移動位置制限手段を以下に示すいずれかの方法によって構成することにより，光学部材は移動制限部材との干渉により破損することを防止できる。
・図８(Ａ)に示すような光学部材３，４，５の移動方向に平行な一辺に設けられたマーク指標２１と，マーク指標２１を検出するフォトセンサーなどで構成されるマーク指標検出器２２とで構成される非接触型移動位置制限装置。
・図８(Ｂ)に示すような光学部材３，４，５の移動方向に衝撃力を与えずに滑らかに接触する接点ブラシ２３と可変抵抗器２４とで構成される移動位置制限装置。
・図８(Ｃ)に示すようなバネなどで構成される衝撃緩衝部材２５を介して動作する接点接触式スイッチ２６から構成される移動位置制限装置。
・図８(Ｄ)に示すような規定した移動量の幅のラックギヤ２７，または図７に示すような規定した移動量の円弧のセクタギヤ１６を備えた移動位置制限装置。すなわち本実施形態においては，セクタギヤ１６は第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の移動量を制限するための，移動位置制限手段として機能している。
【０１４２】
このうち，図８(Ａ)や図８(Ｂ)に示す移動位置制限装置はポテンショメータ２０として兼用することができる。
【０１４３】
また，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の移動量については，式(1)(2)(3)に示す距離だけ移動制御するように説明したが，本実施形態においては，これらの光学部材の不必要な移動を防止するために，具体的な距離を適正な値に制限し，これらの光学部材を駆動制御するための駆動制御装置１０および駆動手段Ｍ１の最適化を図る。
【０１４４】
図９は光学部材の適正な移動範囲を求めるための説明図である。一般的な広視野角のディスプレイの視野角は左右に１６０度であり，これをもとに第１縦レンチキュラーレンズ３から観察距離Ｌの位置にいる観察者１０１の左右の観察範囲をＦとすると，観察範囲Ｆは次式のように表される。
【０１４５】
F＝2Ltan80°          ・・・(4)
ここで第１縦レンチキュラーレンズ３からの観察距離Ｌは図６における距離Lh0に略等しいのでL＝Lh0とすると式(4)は
F＝2Lh0tan80°        ・・・(5)
この観察範囲Ｆは第１縦レンチキュラーレンズ３から観察距離Ｌの位置にいる観察者が観察し得る最大の範囲を示すものであるので，式(1)(2)(3)における観察者の移動距離ΔＸの最大値となる。式(5)のＦを式(1)(2)(3)のΔＸとして代入すると，
第１縦レンチキュラーレンズ３の水平方向の移動距離ΔVL1，
市松マスク４の水平方向の移動距離Δm，
第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の移動距離ΔVL2は夫々次式のように表される。
【０１４６】
【数２６】
0003720718.tif 000011
【０１４７】
式(6)から第１縦レンチキュラーレンズ３の水平方向の移動量ΔVL1は
【０１４８】
【数２７】
0003720718.tif 000012
【０１４９】
式(7)から市松マスク４の水平方向の移動量Δmは
【０１５０】
【数２８】
0003720718.tif 000013
【０１５１】
式(8)から第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の移動量ΔVL2は
【０１５２】
【数２９】
0003720718.tif 000014
【０１５３】
を満たす範囲で規定される。すなわち最大視野角１６０度とした場合，この規定範囲を超えて第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を移動しても左右方向の観察領域は拡大されない。
【０１５４】
このことから駆動制御装置１０および駆動手段Ｍ１は，式(9)(10)(11)を満たす範囲で設計することにより，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を必要以上に移動することがないようにこれらの駆動制御装置１０および駆動手段Ｍ１を最適化することができる。また，第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向のサイズは，画像表示素子１の水平方向の有効サイズよりも夫々，式(9)(10)(11)だけ大きくすれば良い。
【０１５５】
さらに好ましくは，実使用上のディスプレイの視野角は左右に約９０度であり，これをもとに第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の移動量を規定すると
式(6)から第１縦レンチキュラーレンズ３の水平方向の移動量ΔVL1は
【０１５６】
【数３０】
0003720718.tif 000015
【０１５７】
式(7)から市松マスク４の水平方向の移動量Δmは
【０１５８】
【数３１】
0003720718.tif 000016
【０１５９】
式(8)から第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向の移動量ΔVL2は
【０１６０】
【数３２】
0003720718.tif 000017
【０１６１】
となり，式(9)(10)(11)に示した移動範囲をさらに小さくすることができる。
【０１６２】
この時の駆動制御すべき第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５の水平方向のサイズは，画像表示素子１の水平方向の有効サイズよりも夫々，式(12)(13)(14)だけ大きくすれば良いので，左右方向の視野角を１６０度とした時よりも小さくなり，駆動制御装置１０および駆動手段Ｍ１にかかる負荷も軽減することができる。
【０１６３】
以上のように実施形態１においては，視点への画像表示光の方向づけは，ストライプ画像の画素の水平方向の位置に無関係に行われ画像表示素子の画素と画素の間の所謂ブラックマトリックスによって観察面に表示光が達しない暗部が生じることもなく，また表示画像表示素子の散乱や画素構造による回折の影響も原理的に受けることはない。
【０１６４】
また，観察者の左右方向の移動に追従して立体観察領域を提示することができるので，頭の位置を固定しなくても良く，左右方向に観察領域が拡大できる。
【０１６５】
更に，第１縦レンチキュラーレンズ，市松マスク，第２縦レンチキュラーレンズという複数の部材を移動制御する際に，夫々の部材をリンク機構で移動制御することにより，駆動部を構成する部品の数を少なく簡素な構造にでき，上述の効果を有する立体画像表示装置を安価に提供することができる。
【０１６６】
特に第１縦レンチキュラーレンズ、市松マスク、第２縦レンチキュラーレンズを式(9)(10)(11)あるいは式(12)(13)(14)を満たす範囲で移動制御するように設計することにより、駆動手段や駆動制御装置を最適化することができ、上述の効果を有する立体画像表示装置を安価に提供することができる。
【０１６７】
また，機械的な駆動機構によって第１縦レンチキュラーレンズ，市松マスク，第２縦レンチキュラーレンズなどの光学部材を移動制御する場合に，移動量を制限するための移動位置制限手段として，非接触型移動位置制限装置，あるいは光学部材の移動方向に衝撃力を与えることのない可変抵抗器を備えた移動位置制限装置，あるいは衝撃緩衝部材を備えた移動位置制限装置，あるいはラックギヤまたはセクタギヤを備えた移動位置制限装置のいずれかを用いることにより，これらの光学部材と前述の移動位置制限手段との干渉により光学部材が破損することを防止することができる。
【０１６８】
（実施形態２）
実施形態２は実施形態１において，位置センサー９で構成していた観察者位置入力手段をスイッチ入力操作により観察位置を設定するようにしたものである。観察者位置入力手段以外の構成については実施形態１と同じである。
【０１６９】
図１０は観察者位置入力手段として，スイッチ入力操作により観察位置を設定するための観察位置設定スイッチ２８の一例を示すものであり，本実施形態においては赤外線投光部２９ａと赤外線受光部２９ｂを備えた赤外線無線スイッチ２９で構成している。観察位置設定スイッチ２８に設けられた観察位置設定用の入力キー３０であり，入力キー３０を操作することにより，赤外線投光部２９ａが発光され，この光が赤外線受光部２９ｂで受光される。３０ａ，３０ｂはそれぞれ観察位置を３０ａは左方に，３０ｂは右方に設定するためのものである。
【０１７０】
観察位置設定スイッチ２８は駆動制御装置１０と表示制御装置３１に接続され，表示制御装置３１にはキャラクター合成装置３２が接続されている。
【０１７１】
観察者が観察位置設定スイッチ２８の入力キー３０ａ，３０ｂのうち何れかに入力をすると，この信号は駆動制御装置１０と表示制御装置３１に伝えられる。駆動制御装置１０は観察位置設定スイッチ２８の信号を受けて，駆動手段Ｍ１により第１縦レンチキュラーレンズ３，市松マスク４，第２縦レンチキュラーレンズ５を水平方向に移動する。同様に表示制御装置３１は観察位置設定スイッチ２８の信号を受けて，キャラクター合成装置３２により観察位置設定用のキャラクター指標３３（図１１参照）を作成し，画像表示素子１にキャラクター指標３３を表示する。
【０１７２】
キャラクター指標３３としては例えば，図１１に示すような画像エリアの左右端に，左眼用画像に「Ｌ」，右眼洋画像に「Ｒ」というキャラクターを記した，水平ストライプ合成視差画像を画像表示素子１に表示する。この時の「Ｌ」をキャラクター指標３３Ｌ，「Ｒ」をキャラクター指標３３Ｒとする。
【０１７３】
キャラクター指標３３Ｌ，３３Ｒは，適正な立体視領域において正しく立体画像を観察している場合に，キャラクター指標３３Ｌは観察者の左眼のみで視認され，キャラクター指標３３Ｒは観察者の右眼のみで視認される。一方，適正な立体視領域から外れ正しく立体画像を観察することができない場合は，観察者の左眼あるいは右眼において，キャラクター指標３３Ｌ，３３Ｒが混ざって観察され「Ｌ」あるいは「Ｒ」というキャラクターとして認識できない。また，逆立体視の領域では，キャラクター指標３３Ｒは観察者の左眼のみで視認され，キャラクター指標３３Ｌは観察者の右眼のみで視認されるものである。つまり観察者はキャラクター指標３３Ｌ，３３Ｒの状態を観察することにより，適正な立体視領域で観察しているか否かを判定することができる。なお，この場合，観察位置においてスイッチ入力操作が行えるように，本実施形態で説明した赤外線無線スイッチ２９ような無線スイッチあるいは観察距離よりも十分長い有線スイッチを用いるようにすると良い。
【０１７４】
以上のように実施形態２においては，観察位置設定スイッチにより，観察者の左右方向の位置に応じて立体観察領域を設定することができるので，左右方向に観察領域が拡大できる。高価な観察者の位置検出センサーを用いることがないので，上述の効果を有する立体画像表示装置を安価にすることができる。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明によれば、視点への画像表示光の方向づけを水平方向において、ストライプ画像の水平方向の位置に無関係に行われ画像表示素子の画素と画素の間の所謂ブラックマトリックスによって観察面に表示光が達しない暗部が生じることもなく、また画像表示素子の散乱や画素構造による回折の影響も原理的に受けることがなく、立体画像を良好に観察することができる立体画像表示装置を達成することができる。
【０１７６】
この他本発明によれば、観察者が観察位置を変えても、それに基づいて光学部材を移動させ立体画像の観察される領域を変化させることによって、常に良好なる立体画像を観察することができる立体画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を示す斜視図
【図２】  本発明の実施形態１の画像表示素子に表示される合成水平視差画像の説明図
【図３】  本発明の実施形態１の水平方向の働きを説明するための水平断面図
【図４】  本発明の実施形態１の図３で説明した構成と第２の縦レンチキュラーレンズおよび画像表示素子の配置位置を変えた例での水平方向の働きを説明するための水平断面図
【図５】  本発明の実施形態１の垂直方向の働きを説明するための垂直断面図
【図６】  本発明の実施形態１の水平ストライプ画素Ｌ(２ｎ−１)を通る水平平面での断面図
【図７】  本発明の実施形態１の駆動手段Ｍ１の説明図
【図８】  本発明の実施形態１の移動位置制限装置の説明図
【図９】  本発明の実施形態１の光学部材の適正な移動範囲を求めるための説明図
【図１０】  本発明の実施形態２の観察位置設定スイッチ２８の説明図
【図１１】  本発明の実施形態２のキャラクター指標３３Ｌ，３３Ｒの説明図
【符号の説明】
１      画像表示素子
２      横レンチキュラーレンズ
３      第１の縦レンチキュラーレンズ
４      マスク部材（市松マスク）
５      第２の縦レンチキュラーレンズ
６      視差画像
７      視差画像
８      合成視差画像
９      位置センサー
１０１  観察者
Ｍ１    駆動手段
１４    モータ
【図１】
0003720718.tif 000024
【図２】
0003720718.tif 000025
【図３】
0003720718.tif 000026
【図４】
0003720718.tif 000027
【図５】
0003720718.tif 000028
【図６】
0003720718.tif 000029
【図７】
0003720718.tif 000030
【図８】
0003720718.tif 000031
【図９】
0003720718.tif 000032
【図１０】
0003720718.tif 000033
【図１１】
0003720718.tif 000034