(57)【要約】      （修正有）【課題】  ３次元画像表示と２次元画像表示が可能で、かつ両者の画質の劣化を防止することを可能にする。【解決手段】  ２次元画像表示時には２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、かつレンズアレイ中の１レンズの球面半径をｒ、２次元画像表示装置の保護基板の厚みをｔｊ、保護基板の平均屈折率をｎｊ、レンズアレイ中の１レンズの焦点距離をｆ、レンズアレイのレンズピッチをlpとすると、レンズアレイの凹凸面から２次元画像表示装置の方向に2006276277.tif 000017  となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを２次元画像表示装置に表示させる。【選択図】  図１１
2006276277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、
前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、
２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズの球面半径をｒ、２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離の空気換算長をｆ、前記レンズアレイのレンズピッチをlpとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
【数１】
2006276277.tif 000013
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、
前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、
２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズのレンズ面の凹凸の差をｓ、レンズ面と前記保護基板の空気層の厚みをΔu、２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離の空気換算長をｆとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ＋ｓ）／（ｆ-ｔｊ／nｊ―Δu）
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、
前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面と反対側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、
２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズの球面半径をｒ、前記２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離の空気換算長をｆ、前記レンズアレイのレンズピッチをlp、前記レンズアレイのレンズの凸部の両端にある最も薄い部分の厚みをtlens、前記レンズアレイのレンズの屈折率をｎlensとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
【数２】
2006276277.tif 000014
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項４】
複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、
前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面と反対側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、
２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズのレンズ面の凹凸の差をｓ、レンズ面と前記保護基板の空気層の厚みをΔu、前記２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離の空気換算長をｆ、前記レンズアレイのレンズの凸部の両端にある最も薄い部分の厚みをtlens、前記レンズアレイのレンズの屈折率をｎlensとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ−ｓ/ｎlens）／（ｆ−s/ｎlens−ｔｊ／ｎｊ−ｔlens／ｎlens―Δu）
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項５】
前記表示面の画素に対応してカラーフィルタが設けられ、前記レンズアレイの各レンズに対応する前記表示面の画素群のカラーフィルタ配列は、前記表示面の横方向ばかりでなく縦方向にも異なる色のカラーフィルタを配列することを特徴とする請求項１乃至４記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記レンズアレイ中の１レンズ内の総視差数をＮとすると、２次元画像表示モード表示時に
【数３】
2006276277.tif 000015
となる場合は、前記２次元画像を要素画像としてそのまま出力することを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記レンズアレイ中の１レンズ内の総視差数をＮとすると、２次元画像表示モード表示時に
Ｎ（ｓ＋ｔ）／（ｆ＋ｓ）  ＜３
となる場合は、前記２次元画像を要素画像としてそのまま出力することを特徴とする請求項２記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記レンズアレイ中の１レンズ内の総視差数をＮとすると、２次元画像表示モード時に
【数４】
2006276277.tif 000016
となる場合は、前記２次元画像を要素画像としてそのまま出力することを特徴とする請求項２記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
前記レンズアレイ中の１レンズ内の総視差数をＮとすると、２次元画像表示モード時に
Ｎ（ｔｊ／ｎｊ＋ｔlens／ｎlens）／（ｆ-ｓ/ｎlens）＜３
となる場合は、前記２次元画像を要素画像としてそのまま出力することを特徴とする請求項４記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の視差画像を表示するインテグラルフォトグラフィー法（以下、ＩＰ法ともいう）あるいは光線再生法と呼ばれる、立体像を何らかの方法で記録しこれを立体像として再生する方法が知られている。左右の眼から物体を見たときに、近い距離にあるＡ点をみた時の左右の眼と成す角度をα、遠い距離にあるＢ点をみた時の左右の眼となす角度をβとすると、αとβはその物体と観察者の位置関係に応じて異なる。この（α―β）を両眼視差と呼び、人はこの両眼視差に敏感で立体視をすることができる。
【０００３】
近年、眼鏡無しの立体画像表示装置の開発が進んでいる。これらの多くは通常の２次元画像表示装置を用いるが、その２次元画像表示装置の前面、あるいは背面に何らかの光線制御素子を置くことにより、先に述べた両眼視差を利用し、観察者から見た時、あたかも２次元画像表示装置から前後数ｃｍの距離に位置する物体から光線が出ているように、２次元画像表示装置からの光線の角度を制御することにより、可能となる。背景には２次元画像表示装置の高精細化により、２次元画像表示装置の光線を数種類の角度（視差と呼ぶ）に振り分けても、ある程度高精細の画像を得ることができるようになったためである。
【０００４】
眼鏡無しの立体画像表示装置のうち、水平方向に関して視差を与える場合の立体画像表示装置の構成概略図について図２８に示す。図２８は、立体画像表示装置の表示面６１と観測者６４と光線制御素子６８との関係を上側からみた概略図である。図２８において、ある観察方向からみた場合の画像情報を２次元画像表示装置６１に多数表示しておき、表示面の前面に設けたスリット、ピンホール、マイクロレンズ、あるいはレンチキュラーシートなどの開口部６２と遮断部６３とを有するアレイ板６８越しに画像を観測者６４が観測することで，観測方向に応じた立体画像が表示されるものである。図２８において、αの位置にいる観察者は視差番号３の画像をみることができ、βの位置にいる観察者は視差番号２の画像をみることができ、同様に、γの位置にいる観察者は視差番号１の画像をみることができる。なお、図２８において、符号６７は光線を示し、角度θは視域角の半分の角度を示す。
【０００５】
ＩＰ法は多視差表示が可能なため，観察者が動いても、その位置に応じた画像をみることができるという運動視差の表示が可能であるため、自然な立体視が可能である。また、立体像を再生する光線が、実物体が実際に配置された場合と同様の経路をたどるため、視野闘争の問題も生じない点で優れている。
【０００６】
ところで、視差画像を作成し、開口部越しに各画素情報として視差画像を表示する方法には大別して立体像を再生する光線を画素側から発生させることによって画像マッピングを行う方法と、観測者の視点位置から画素に向けて光線を逆にたどることにより画像マッピングを行う方法との２種類がある。ここでは、前者の方法を用いて画像マッピングをＩＰ法とし、後者の方法を多視差のステレオスコープ、パララックスバリア法と呼んで区別する。
【０００７】
ＩＰ法の光線束は観測者の目の位置に向かっているのではなく、観測者の方向に向かって視差数分、すべての開口部からほぼ等間隔に射出されている。そのため、観測者が動いた時の運動視差に優れる分、本来の２次元画像表示の表示装置に比べて視点位置を固定した場合のある角度における構成画素数が少なく、観察者の目の位置に向かって光線を射出している立体画像表示装置に比べて解像度が落ちる。一方、レンチキュラーレンズを光線制御素子として用いた場合、スリットに比べて、光の利用効率が高いため表示画面が明るいというメリットがある。しかし、２次元画像表示と３次元画像表示との変換を実施しようとすると、スリットに比べて、レンチキュラーレンズの曲面を瞬時に発生させたり、なくしたりすることは、レンチキュラーレンズの曲面が画質に非常に関係があることから、困難である。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載のように、２次元画像表示において、レンズ表面と要素画素配列の間の距離を焦点距離の２倍にし、３次元画像表示はレンズ表面と要素画素配列の距離を焦点距離にすることにより切り替えを行う表示装置がある。この特許文献に記載の表示装置は、１個のレンズアレイ内における要素画素の並べ方として、２次元画像の位置を水平方向に反転して置くという手法をとる。また、ＩＰ法に上記特許文献に記載の技術を適用する場合、レンズピッチと要素画素数のピッチが等しいため、もともと目にさまざまな視差光線が入ることにより、滑らかな運動視差を与えるようにしている。そのため、観測者の場所によって、割り当てられていない隣接視差画像を見ることもある。特に視差数が増加すると、レンズピッチが大きくなり、レンズ境界での隣接要素画像が、元の２次元画像での離れた位置にある。そのため、レンズ境界で隣接視差画素が見えた場合、表示品質を阻害する可能性が大きい。
【０００９】
例えば特許文献２に記載のように、画像情報を表示する液晶表示装置と、一方の面が平面で他方の面が凸状のシリンドリカルレンズを有し、このシリンドリカルレンズが左右方向に周期的に配置され、シリンドリカルレンズの凸状面が液晶表示装置側に向けられて、液晶表示装置に表示された画像情報を立体的に再現するレンチキュラーシートと、レンチキュラーシートを移動させるアクチュエータと、外部から入力される切換信号によりアクチュエータの動作を制御する制御回路と、を備えた立体画像表示装置が知られている。この立体画像表示装置において、画像表示位置からレンチキュラーシートの主平面までの距離を略レンチキュラーシートの焦点距離とすれば、画素からの発散光束が略平行光として観察者の左右眼に導かれる。この立体画像表示装置は画素からの発散光束が略平行光として観察者の左右眼に導かれるようにファイバーフェースプレートのような特別な素材を用いる必要があるため、通常の表示装置より高価になるという問題点がある。
【特許文献１】特開２００３−３２２８２４号公報
【特許文献２】特開９−１９７３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
立体画像表示装置の２次元画像表示と３次元画像表示の切り替えを行うことにより、従来の２次元画像表示からの情報も得、かつ、３次元画像表示の情報も得られるので有効な表示装置となりうる。ここで、３次元画像表示の画質を維持しつつ、２次元画像表示の画質も向上させなければならない。最初に考えられることは、レンチキュラーレンズを装着したり、はずしたりすることにより、可能である。しかし、レンチキュラーレンズをはずした時の収納や、装着する時の位置あわせを考えると実用的ではない。
【００１１】
次に、３次元画像表示で、水平方向１ラインにおいて、レンズ幅に相当するすべての視差データに同じ画像を割り当てると２次元画像を得ることができる。しかし、解像度は１／視差数、あるいは、赤、緑、青のそれぞれサブピクセルで視差を割り当てた場合は、解像度は３／視差数に落ちるというデメリットがある。
【００１２】
レンズと要素画像の距離により、要素画像がどのように見えるかについて示す。光学材料を用いてレンズ等の結像光学系を構成することができる。この光学系においては、屈折や反射の曲面の中心は一直線上に並んでいる共軸系を考えることとし、上記直線は光軸と言われる。光学系に入射する以前の物体がある所を物体空間、すべての光学系の面を通過した後の像ができる所を像空間という。物体、像共に有限距離とは限らず、無限遠の場合も含まれる。
【００１３】
レンズの空気換算長の焦点距離をｆ、レンズと物体の間の空気換算長のギャップをｇとするとｇ＝ｆの時に像を結ばず物体光を平行光線として像側に射出し、ｆ＞ｇ＞０の時に観測者は正立した拡大像をみることになる。そしてｇが０に近い場合は物体と像がほぼ同じ大きさになる。そうなった時に２次元画像表示を行うことを考える。また、略ｇ＝ｆの時に物体光の位置により任意の角度に平行光線を射出することができるので、このとき３次元画像表示を行う。ここで、ｇ＝０を含めなかった理由として、２次元画像表示パネルに液晶表示装置のような平面表示装置を用いた場合、画素とレンズの間に液晶を保護するガラス基板、あるいはレンズ厚があるため、ｇ＝０とならないからである。
【００１４】
ギャップｇがｆ＞ｇ＞０の時に、２次元画像のうち観測者６４の眼に入ってくる視差光線６７を示している。ｆ＞ｇ＞０の場合、レンズ内の要素画素の水平方向の順番は同一方向となるため、２次元画像を２次元画像表示パネル面にそのまま表示した場合を考える。
【００１５】
この場合のひとつの問題点として、ｇ＝０でないため、レンズの集光が起こり、レンズ端の境界部分の要素画素が見えなくなることが挙げられる。このため、画素の欠落を防止する必要がある。
【００１６】
また、観測者が正面にいる場合だけではなく、大きな視域角度で画素の欠落のない滑らかな２次元画像が見られることが望ましい。
【００１７】
また、本来見えるべきではない要素画像が見えた場合も、ある程度表示品質を劣化させないため、隣接視差画像があまりかけ離れた位置のものを参照しない方が望ましい。
【００１８】
本発明は、３次元画像表示と２次元画像表示が可能で、かつ両者の画質の劣化を防止することのできる立体画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様による立体画像表示装置は、複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズの球面半径をｒ、前記２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離をｆ、前記レンズアレイのレンズピッチをlpとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
【数１】
2006276277.tif 000003
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第２の態様による立体画像表示装置は、複数の画素がマトリクス上に配列された表示面と、前記表示面を保護する保護基板とを有する２次元画像表示装置と、前記表示面の前面に設けられ表面が凹凸を有する複数のレンズアレイを有し、前記凹凸面が前記表示面と反対側に向かって並んで配置された、前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子とのいずれか一方を平行に移動させるように駆動する駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、３次元画像表示時には前記２次元画像表示装置の表示面が前記レンズアレイの焦点距離位置となるように駆動し、２次元画像表示時には前記２次元画像表示装置と前記光線制御素子を近接または接触させるように駆動し、２次元画像表示時に前記レンズアレイ中の１レンズの球面半径をｒ、前記２次元画像表示装置の前記保護基板の厚みをｔｊ、前記保護基板の平均屈折率をｎｊ、前記レンズアレイ中の１レンズの焦点距離をｆ、前記レンズアレイのレンズピッチをlp、前記レンズアレイのレンズの凸部の両端にある最も薄い部分の厚みをtlens、前記レンズアレイのレンズの屈折率をｎlensとすると、前記レンズアレイの凹凸面から前記２次元画像表示装置の方向に
【数２】
2006276277.tif 000004
となる位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを前記２次元画像表示装置に表示させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、３次元画像表示と２次元画像表示が可能で、かつ両者の画質の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構成を図１に示す。この実施形態による立体画像表示装置は、３次元画像と２次元画像が表示可能であって、２次元画像表示装置１と、レンズアレイ２と、駆動装置３と備えている。２次元画像表示装置１は、例えば液晶表示装置であって、複数の画素がマトリクス状に配列され画像情報を表示する表示部１ａと、この表示部１ａを保護する透明の例えばガラスからなる保護基板１ｂとを備えている。レンズアレイ２は、２次元画像表示装置１の画面の縦方向（図１では、紙に垂直な方向）に延在する半円柱状のレンズが複数個配置された構成となっている。なお、本実施形態においては、レンズアレイ２の凸面は２次元画像表示装置１側に向いた配置となっている。駆動装置３は、２次元画像表示装置１およびレンズアレイ２の少なくとも一方間を駆動して２次元画像表示装置１とレンズアレイ２との距離を変えることが可能な構成となっている。なお、図１は、レンズアレイ２の凸面と２次元画像表示装置１の保護基板１ｂの表面が接触した状態を示している。
【００２４】
本実施形態の立体画像表示装置は、３次元画像表示時にはレンズアレイ２の略焦点距離の位置に、２次元画像表示装置の表示面（表示部１ａの表面）となるようにする。そして、２次元画像表示時には駆動装置３によってレンズアレイ２および２次元画像表示装置１の少なくとも一方を略並行に移動して近接または接触するように配置する。このとき、レンズアレイ２のレンズ面から２次元画像表示装置１の方向（奥行き方向）に所定の距離ｔ２Ｄの位置に２次元画像を置いた視差画像となる画像データを２次元画像表示装置に表示させる。この所定の距離ｔ２Ｄは、レンズアレイ２中の１個のレンズの球面半径をｒ、２次元画像表示装置１の表面から表示部１ａの表面までの距離となる保護基板１ｂの厚みをｔｊ、保護基板１ｂの平均屈折率をｎｊ、レンズアレイ２の１個のレンズの空気換算した焦点距離をｆ、レンズピッチをｌpとすると、
【数３】
2006276277.tif 000005
と表される。
【００２５】
次に、上述の式の導出を説明する。
【００２６】
図１では、観測者１０からの光線が３次元画像表示装置における２Ｄ表示モードの場合に入射する場合の軌跡を示す。図１に示すように、レンズアレイ２のレンズ面を２次元画像表示装置１側に向け、レンズ面を表示面に接触あるいは近接させて２次元画像表示を行う。最初に、ギャップ（レンズ面と２次元画像表示装置１の表示部１ａとの距離）を最小にすること、すなわちレンズ面を２次元画像表示装置１の表面に接触させる場合を考える。図１に示すように、２次元画像表示装置１として、液晶表示装置を用いた場合、レンズ面と表示部１ａ間に保護基板１ｂ、偏光板（図示せず）があるため、完全に表示部１ａの表面とレンズ面を接触させることはできない。このため、観測者１０から見た場合、レンズアレイ２で光線が集光され、レンズ幅ｌｐの全体の画素を見ることができず、見えなくなる画素群７が生じる。すなわち、２次元画像表示装置１の正面から観測者１０が見た場合、見えるのは、平行光線４が表示部１ａに集光する幅Ｗ２Ｄに対応する画素のみである。
【００２７】
図２に、視域角２θ内の端にいる観測者１０がレンズアレイ２を保護基板１ｂに接触させた状態で、レンズ面を見た場合についての視差光線を示す。なお、図２では駆動装置３は省略してある。図１と同様、レンズアレイ２で集光されるため、レンズ幅ｌｐの一部の領域８に対応する画素しか見ることができず、領域９に対応する画素は見ることができない。したがって、図１の場合と異なり、見える場所が異なっていることになる。
【００２８】
図１、図２の場合も、２次元画像表示装置１に何も処理をしないで２次元画像を表示した場合、レンズアレイ２の各レンズの境界において、２次元画像が欠落した部分７、９が生じる。この２次元画像の欠落を防止する方法を、図３、図４を参照して説明する。
【００２９】
各要素画像が３２視差の視差画像からなる立体画像表示装置において、レンズ面と２次元画像表示装置１の表面を接触させ、ギャップを短くした場合に、２次元画像表示装置１に示す要素画像１１（図３の上部のＤ１乃至Ｄ３２に対応する画像）のうち、中央にいる観測者１０がレンズアレイ２のレンズ２Ｄを介して見ることができる画像１２を図３の下部に示す。なお、図３において、Ｅ１〜Ｅ５は、画像Ｄ１〜Ｄ３２からなる要素画像に対応するレンズ２Ｄの隣のレンズ２Ｅに対応する要素画像の一部分である画像である。立体画像表示装置においては、サブピクセルを視差画像とするので、隣接視差画像はそれぞれ異なる色となる。図３においては、レンズ面を２次元画像表示装置１の表面に接触させた場合、左右のレンズ端において、各々３つの画像が観測者側から見えなくなる。通常の連続した２次元画像を２次元画像表示装置１の表示面に表示した場合、観測者１０にとって、レンズアレイ２の境界面で、画像Ｄ２９の隣接画像が画像Ｅ４となって見えることになり、不連続となっている。また、見える画像が少ない分、要素画像をレンズの幅方向に拡大した像を見ることになる。なお、図３において、符号３２は視域角の端となる視差光線を示す。
【００３０】
また、図４に、視域角度を２θとするとその半分の角度であるθの方向、すなわち視域範囲の境界から観測者１０が見た場合の要素画像の見え方を図４の下部に示す。レンズ端の右側６個の画像が見えなくなるので、画像Ｄ２６の隣接画像が画像Ｅ１となり、不連続となっている。このように、図３と図４を比較すると、観測者１０が視域範囲の境界から観測すると、正面から見たときに見えなかった左側部分（画像Ｄ１、Ｄ２，Ｄ３）が見え、正面では見えていた部分（画像Ｄ２７、Ｄ２８、Ｄ２９）が見えなくなる。
【００３１】
このように、レンズ面を２次元画像表示装置１の表面にできるだけ接触、あるいは近接させて画像を見ると、可視範囲が画像のすべてではなく、かつ、見る位置によって可視範囲はほとんど変化しないが、その位置が変化していく。
【００３２】
これを解決するために、画像の配列を観測者１０側から見える画像の範囲に応じて、並べ替えをするようにするとよい。例えば、図５に示すように、見える範囲が要素画像を構成する３２個の画像のうち２６個の画像である場合、１レンズ幅ｌｐの２次元画像を２６個の画像に分割して、この分割した画像を、中央で見える範囲に２次元画像と同じ方向に配列する。この１レンズ内で見える画像をＤ１〜Ｄ２６とする。もともと３２個のサブピクセルを持っている２次元画像の場合は、解像度を２６／３２＝８１．２５％に下げてから、１レンズ内に再分配することにより、２次元画像の表示サイズを変えることなく、再分配することができる。この操作により、観測者１０側からみると画像Ｄ２６の隣接画像は画像Ｅ１となり、不連続性が解消する。デメリットとして、解像度は元の２次元画像の２６／３２に落ちる。
【００３３】
図６に、２次元画像表示装置１の表示面に垂直な方向（紙面の上下方向）に対して、視域角度２θの半分である角度θだけ傾いた方向から見た場合にレンズ端の画素が欠落しないような２次元画像表示装置１の表示面上の画素の配列の一例を示す。この図６に示す配列は、図４の画像の配列と異なり、正面から見た場合に見えない左側の３サブピクセル領域に、左側のレンズ２Ｃを介して正面から見た場合の右端の画像Ｃ２４、Ｃ２５、Ｃ２６を配列する。この操作により、レンズ２Ｄを介して見える画像はＣ２４、Ｃ２５、Ｃ２６、Ｄ１、…Ｄ２３となり、レンズ２Ｄに隣接するレンズ２Ｅから見える画像は同様に、Ｄ２４、Ｄ２５、Ｄ２６、Ｅ１、…Ｅ２３となるため、連続した２次元画像を見ることができる。反対側の視域角θから見た場合を考慮して、レンズ２Ｄの右端の３サブピクセルに右側レンズ２Ｅを介して正面から見た場合の左端の画像であるＥ１，Ｅ２，Ｅ３を配列する。以上の配列を行うことにより、視域角の範囲内で常に、連続した正しい２次元画像を見ることができる。
【００３４】
図７に、例として、２次元画像で斜めの線６ａ、６ｂを描画する場合において、画像の配列変更後の画像例を示す。図７に示すように、中央にいる観測者１０がレンズ境界部で見えなくなる領域７の左側の辺と領域７の左側に配置される斜めの線６ａが交わる点の高さが、領域７の右側の辺と領域７の右側に配置される斜めの線６ｂが交わる点の高さが同じとなるように配列する。このように配列することにより、中央にいる観測者１０は斜めの線６ａ、６ｂが滑らかに繋がった２次元画像を見ることができる。さらに、観測者の位置が左右に移動した場合はレンズ境界部の見えない領域７の位置が左右に若干移動することになるが、斜めの線６ａ、６ｂが折り返すような画像配列にすることにより、滑らかな２次元画像を見続けることができる。
【００３５】
次に、レンズ面を２次元画像表示装置１の表面に接触あるいは近接した時に見えるレンズ幅に対する割合（以後、開口率と呼ぶ）の概算方法について述べる。
【００３６】
図８にレンズとレンズに接触した２次元画像表示装置１の断面図を示す。それぞれ、レンズ面から２次元画像表示装置１の表面までは空気のため実寸法の厚みでよいが、２次元画像表示装置１の表面から表示部１ａまでの間に偏光板を含めた透明部材からなる保護基板１ｂがある場合においては、屈折率が変わるため、空気換算長を用いる。図８においては、表示部１ａの表示面からレンズアレイ２の焦点Ｃまでは、実際は光線が届かないが、表示面で光線の軌跡があるとした場合の架空の光線軌跡について、空気中を想定して示す。
【００３７】
２次元画像表示装置１の表面から表示部１ａの表示面までの保護基板１ｂの実際の厚みをｔｊとし、透明部材からなる保護基板１ｂの屈折率をnｊとすると、空気換算した保護基板１ｂの厚みｔは
ｔ＝ｔｊ／nｊ    （１）
となる。
【００３８】
ここで、レンズ２の空気換算した焦点距離をｆ、レンズの凹凸の差をｓ、透明部材の空気換算長をｔ、レンズピッチをｌｐ、１レンズあたりに見える幅をＷ２Ｄとすると、２次元画像表示装置１の表面とレンズアレイ２のレンズ端をつなげた線は略平行であるため、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＣは相似形となる。
【００３９】
そこで、三角形の相似関係より、
（ｆ＋ｓ）：ｌｐ＝（ｆ―ｔ）：Ｗ２Ｄ        （２）
ここで、１レンズあたりに見える幅開口率k2Dは
k2D＝Ｗ２Ｄ／ｌｐ＝（ｆ―ｔ）／（ｆ＋ｓ）      （３）
となる。（３）式より、（ｆ―ｔ）／（ｆ＋ｓ）が１に近いと、要素画像の見える割合が増すことがわかる。開口率は、２次元画像表示モード時の解像度劣化のパラメータと同義であり、２次元画像表示性能を決める重要なパラメータである。また、（３）において、ｓはレンズの曲率半径より決まってくるので変更はできないが、保護基板１ｂの空気換算した厚みｔを薄くすることは見える割合を向上させるために有効である。
【００４０】
次に、レンズ幅ｌｐに対するレンズ越しに見える視差数をＮ２Ｄとし、１レンズ内の全視差数をＮとすると
Ｎ２Ｄ＝Ｎ×Ｗ２Ｄ／ｌｐ＝Ｎ×（ｆ―ｔ）／（ｆ＋ｓ）      （４）
となる。
【００４１】
ここで図６より球面レンズの場合、直角三角形ＦＧＨの関係とレンズの曲率半径ｒよりｓを求める。
【数４】
2006276277.tif 000006
（１）、（５）式を（３）式に代入すると
【数５】
2006276277.tif 000007
【００４２】
球面収差を低減するために非球面レンズにした場合、必ずしも（６）式とはならないが、レンズに垂直に光が入る光軸に近い視域にいる観測者からは（６）式と近い値となる。
【００４３】
非球面には多くの種類があり、または数式的にもいろいろに表現されるが、最も一般的に利用されるのは２次曲面をベースとする光軸対称回転面である。楕円係数ｋを導入すると、レンズの凹凸の差ｓは次式で表される。
【数６】
2006276277.tif 000008
【００４４】
本実施形態のように、２次元画像表示装置１とレンズアレイ２との距離を機械的に動かすことにより、２次元画像表示と３次元画像表示との変換を行う場合は、レンズ面と２次元画像表示装置１の表面が接触と非接触を繰り返すと、２次元画像表示装置１の表面が傷つき、耐久年数が短くなる恐れがある。そのため、接触させずに、例えばある距離Δｕだけ離間させるなどのマージン対策が必要である。上記のマージンを含んだ２次元画像表示モード時の開口率k2Dmは、（３）を変形して
k2Dm＝（ｆ−ｔ−Δｕ）／（ｆ＋ｓ）      （７）
となる。
【００４５】
なお、本実施形態の３次元画像表示装置において、３次元画像表示モードの場合の２次元画像表示装置１とレンズアレイ２との位置関係を図９に示す。２次元画像表示装置１の表示部１ａの表示面とレンズアレイ２のレンズ面との距離がレンズアレイ２を構成するレンズの実際の焦点距離ｆｒとなるように配置される。
【００４６】
次に、図５、図６に示すような２次元画像の画素を１レンズ内の適当な要素画像に並べ替える方法は、３次元画像表示モード時の画素並べ替え方法と同様に作ることができる。図１０にレンズ面と２次元画像表示装置１の表示部１ａの表示面との間の距離（ギャップｇ）を焦点距離ｆにした３次元画像表示モード時の断面図を示す。光線軌跡３２は、観測者が正面にいる場合に１レンズ内の左右それぞれの視域角２θの端となる視差光線、光線軌跡３３はレンズ中心を通る視差光線、光線軌跡３５は観測者が視域端にいる場合に１レンズ内の左右それぞれの要素画像端を通る視差光線である。観測者が中央にいる場合の要素画像の見える範囲Ｗ２ｄの端を通るように左右の視差光線３２をレンズ中心から伸ばす。例えば、３２視差の場合、レンズアレイ２を２次元画像表示装置１に接触あるいは近接させた２次元画像表示モード時の場合、２６視差が見えているとすると、視差光線３２の左側はレンズ左端から３視差目と４視差目の境界部分を通るようにし、視差光線３２の右側もレンズ右端から３視差目と４視差目の境界部分を通るようにする。
【００４７】
一方、２次元画像の置く位置としては視差光線３２において、隣接レンズの視差光線３２と交わる位置に置くとよい。すると、あるレンズで見ることができる２次元画像とその隣接レンズで見ることができる２次元画像が連続することになる。ここで、観測者が見ることができる範囲Ｗ２Ｄは、観測者が視域端にいた場合も観測者が中央にいた場合もほぼ同様であるが、若干視域端にいる観測者の見る要素画像がレンズ中心からの距離が長くなる分狭くなる傾向にある。しかし、視域角内でほぼｇ＝ｆとなるようにレンズ形状を設計すると、クロストークの少ない立体画像表示装置を得ることができ、さらに、ギャップｇを焦点距離に比べて短くした場合、１レンズ内で要素画素の見える割合を、視域範囲内でほぼ同じくすることができる。
【００４８】
図１０においてレンズ面、２次元画像表示装置１、および２次元画像の置く位置３４の関係を抜き出した結果を図１１に示す。レンズ面からの２次元画像が置かれる位置３４までの距離ｔ２Ｄについて図１１を参照して説明する。図１１より、三角形の相似関係より
ｆ：ｔ２Ｄ＝Ｗ２Ｄ：ｌｐ
ｔ２Ｄ＝ｆ×ｌｐ／Ｗ２Ｄ
ｔ２Ｄ＝ｆ×Ｎ／Ｎ２Ｄ 
ｔ２Ｄ＝ｆ／k2D      （８）
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ＋ｓ）／（ｆ―ｔ）      
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ＋ｓ）／（ｆ-ｔｊ／nｊ―Δu）      （８ａ）
（８）式に（６）式を代入すると
【数７】
2006276277.tif 000009
が得られる。上記距離ｔ２Ｄは空気換算長での位置である。例えば、（４）式より、３２視差中２６視差分が見える時には、
ｔ２Ｄ＝ｆ×３２／２６
となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、３次元画像表示と２次元画像表示が可能で、かつ両者の画質の劣化を防止することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による立体画像表示装置を図１２乃至図１４を参照して説明する。この実施形態による立体画像表示装置は、図１２に示すように、第１実施形態の立体画像表示装置において、レンズアレイ２のレンズ面を表置き、すなわち２次元画像表示装置１と反対側に置いた構成となっている。なお、図１２は、本実施形態の構成を示す図であって、２次元画像表示モードの場合の中央にいる観測者の眼に入る光線の軌跡をも示している。図１２において、ｆｒはレンズの実際の焦点距離を示す。図１３は、本実施形態において、３次元画像表示モードの場合の中央にいる観測者の眼に入る光線の軌跡を示す図である。図１４は、本実施形態において、２次元画像表示モードの場合の中央にいる観測者の眼に入る空気換算した光線の軌跡を示す図である。
【００５１】
本実施形態においては、図１３に示すように、レンズ面と２次元画像表示装置１との間の距離が空気換算した焦点距離ｆとなるように、空気層を挟んで３次元画像表示を行う。２次元画像表示モード時には、図１４に示すように、空気層をなくして、レンズ面を２次元画像表示装置１に近接させることにより、要素画像の大部分を見ることができるようになる。
【００５２】
ここで、レンズ面が表置きの場合の開口率について述べる。図１４より、２次元画像表示装置１の表面（保護基板１ｂの表面）から表示部１ａの表面までの保護基板１ｂの実際の厚みをｔｊとする。保護基板１ｂの平均屈折率をnｊ、レンズの厚みｔlensすると、レンズの屈折率をｎlensとすると空気換算したレンズの厚みｔは
ｔ＝ｔｊ／ｎｊ＋ｔlens／ｎlens    （１０）
となる。
【００５３】
２次元画像表示装置１の表示面と、レンズアレイ２のレンズ中心どうしを繋いだ線は略平行であるため、三角形ＡＢＣと三角形ＤＥＣは相似形となる。
【００５４】
そこで、レンズの焦点距離をｆ、レンズの凹凸の差をｓ、透明部材からなる保護基板１ｂとレンズの厚みの合計の空気換算長をｔとすると三角形の相似関係より、
（ｆ−ｓ/ｎlens）：ｌｐ＝（ｆ−s/ｎlens −ｔ）：Ｗ２Ｄ 
となる。上式より、開口率k2Dは
k2D＝Ｗ２ｄ／ｌｐ＝（ｆ−s/ｎlens−ｔ）／（ｆ−ｓ/ｎlens）      （１１）
となる。（１１）式より、（ｆ−s/ｎlens−ｔ）／（ｆ−ｓ/ｎlens）が１に近いと、要素画像の見える割合が増すことがわかる。ｓはレンズの曲率半径より決まってくるので変更はできないが、ガラス基板の厚み、およびレンズ厚ｔを薄くすることは見える割合を向上させるために有効であるとよい。開口率がわかれば、（８）式に代入して、かつ（１１）式を用いて２次元画像を表示する位置を求めると
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ−ｓ/ｎlens）／（ｆ−s/ｎlens−ｔ）
（１０）式を代入すると
ｔ２Ｄ＝ｆ×（ｆ−ｓ/ｎlens）／（ｆ−s/ｎlens−ｔｊ／ｎｊ−ｔlens／ｎlens）  （１１ａ）
【数８】
2006276277.tif 000010
となる。
【００５５】
本実施形態のように、２次元画像表示装置１とレンズアレイ２との距離を機械的に動かすことにより、２次元画像表示と３次元画像表示との変換を行う場合は、レンズ面と２次元画像表示装置１の表面が接触と非接触を繰り返すと、２次元画像表示装置１の表面が傷つき、耐久年数が短くなる恐れがある。そのため、接触させずに、例えばある距離Δｕだけ離間させるなどのマージン対策が必要である。上記のマージンを含んだ２次元画像表示モード時の開口率k2Dmは、
k2Dm＝（ｆ−ｓ／ｎlens−ｔ−Δｕ）／（ｆ−ｓ／ｎlens）      （１３）
となる。
【００５６】
次に、パラメータとして、視差数、視域角、２次元画像表示装置の保護基板の厚み、ピクセルピッチ、レンズ面の向きを変えた場合の、第１および第２実施形態の立体画像表示装置について述べる。
【００５７】
３次元画像表示モード時の１レンズあたりの視差数を一定、保護基板の厚みを既存の２次元画像表示装置に合わせた場合の、２次元画像表示モード時の開口率k2Dmの視域角依存性を、レンズ面が観測者側を向いている場合（表置きの場合（第２実施形態参照））、レンズ面が２次元画像表示装置側を向いている場合（裏置きの場合（第１実施形態参照））についてシミュレーションした結果を図１５に示す。
【００５８】
レンズを表置きにした場合は、開口率k2Dmはレンズの厚みに依存するが、今回は実際製造可能な薄いレンズとした。図１５より、視域角が小さいほど、開口率が１に近いため、本実施形態により解像度が向上する。しかし、視域角が小さい場合、視域範囲が狭いという問題点があるので、何らかの対策が必要である。また、視域角が大きい場合は、開口率は劣化するが、２次元画像の見える範囲は広いので、見やすいという利点がある。これらより、解像度を犠牲にして、視域範囲を広くする方がよいか、視域範囲は狭いが、解像度を向上した方がよいかは、用途によると思われる。また、解像度劣化も２次元画像表示性能としてのスペックを満たすかどうかで考えてよい。
【００５９】
次に、３次元画像表示モード時の視域角を一定、保護基板の厚みを既存の２次元画像表示装置に合わせた場合の、２次元画像表示モード時の開口率k2Dmの視差数依存性をシミュレーションした結果を図１６に示す。図１６より、同じ視域角にした場合、視差数が多い方が開口率が上がることがわかる。これより、第１および第２実施形態の立体画像表示装置は多視差の２次元画像と３次元画像の変換に、より向いていることがわかる。
【００６０】
最後に、２次元画像表示装置１の表面から表示部１ａの表面までの保護基板１ｂの実際の厚みをｔｊ、３次元画像表示モード時の視差数を一定とし、かつレンズを裏置きにし、ｔｊを現状の厚みとした場合と、現状のパネルから０．２ｍｍ薄く短くした場合の２次元画像表示モード時の開口率k2Dmの視域角依存性のシミュレーション結果を図１７に示す。図１７より、厚みを薄くすることにより、開口率が増加することがわかる。例えば視域角度３０度で開口率が０．６２から０．７まで増加している。
【００６１】
第１および第２実施形態の立体画像表示装置では、サブピクセルにひとつの視差を割り当てるように要素画像を並べる。また、図１０に示すように奥行き位置に２次元画像があるとして並べ替えると、２次元画像の位置情報は開口幅分においては正しく表示することができる。この場合、その位置座標に置き換える一つの色情報しか持たないことになるが、隣接画素で補うことができる。しかし、２次元画像表示装置の解像度が上がれば上がるほど、隣接の色と混色して見えるため、色がはっきりと見えなくなり、人間の目にはほぼ位置関係が正しい２次元画像として知覚されることになる。
【００６２】
けれども、図２６に示すような通常のカラーフィルタ配列（ストライプ配列）では、垂直方向に直線が続く２次元画像の場合、垂直方向に同一の色が続くため、物体のエッジに色のにじみが認識される恐れがある。
【００６３】
そこで、図２７に示すような水平方向だけでなく、垂直方向にも赤、青、緑と周期的に並べたカラーフィルタ配列を使用することにより、直線が長く続いた場合でも、本来の２次元画像のエッジに同一色の影できることを防止することができる。
【００６４】
また、視域角度が小さい場合、２次元画像が見える視域範囲が狭くなることに対する対策を述べる。視域角度をはずれた２次元画像表示モードでは、図７に示す、中央にいる観測者１０がレンズ境界部で見えなくなる領域７の繰り返しパターンを見ることになり、表示性能が劣化する。
【００６５】
一方、視域角度が小さい場合は、開口率が向上することを述べた。２次元画像表示モード時の時に、視域角度を１４度と２８度とし、かつレンズを表置きにした場合と裏置きにしたた時の１レンズ内の要素画像のうち、見えなくなる視差数（以下、非視認視差数と呼ぶ）の視差数依存性を図１８に示す。視域角度１４度の場合の裏置きの場合は、非視認周波数が３視差であるため、２次元画像をそのまま要素画像に割り当て表示した場合、レンズ端の１画素分の情報が欠落することになる。頭を左右に動かして、画面を斜めから見ることにより、欠落した部分の画像を見ることができるが、完全な２次元画像とは言えない。しかし、レンズ表置きの視域角度１４度の場合、３視差以下であるため、正面から見てすべての画素の位置情報は見えることになる。
【００６６】
そこで、正面からみた場合、レンズ端での見えない領域が１ピクセル以内、すなわち、３サブピクセル以内である場合には、２次元画像を最適な奥行き位置に置いて要素画像を割り当てることによる方法ではなく、２次元画像をそのまま出した方が見やすく、欠落が実用上許容範囲内であると言える。そこで、正面からみてレンズ端の見えない領域が３サブピクセル以内である条件を式で表すと、サブピクセルピッチをＰｐとすると
（ｌｐ−Ｗ２Ｄ）＜３Ｐｐ      （１３）
レンズ面が２次元画像表示装置側を向いている時は、１レンズ内の開口幅はＷ２Ｄ＝ｌｐ×（ｆ―ｔ）／（ｆ＋ｓ）で、かつ、１レンズ内の全視差数をＮとすると
ｌｐ＝Ｎ×ｐｐより
Ｎ（１−（ｆ―ｔ）／（ｆ＋ｓ））  ＜３
Ｎ（ｓ＋ｔ）／（ｆ＋ｓ）  ＜３
（１）、（４）式を上式に代入すると
【数９】
2006276277.tif 000011
となる時に、２次元画像をそのまま表示装置に出力しても位置情報としては失う画素がない状態となる。
【００６７】
レンズ表置きの場合、式（１１）より、（１３）式を置き換えると
Ｎ(1-（ｆ-s/ｎlens-ｔ）／（ｆ-ｓ/ｎlens）) ＜３
Ｎｔ／（ｆ-ｓ/ｎlens）＜３
（１０）式を代入すると
Ｎ（ｔｊ／ｎｊ＋ｔlens／ｎlens）／（ｆ-ｓ/ｎlens）＜３
（５）式を代入すると
【数１０】
2006276277.tif 000012
となる時に、２次元画像をそのまま表示装置に出力しても位置情報としては失う画素がない状態となる。
【００６８】
２次元画像をそのまま要素画像として割り当てることにより、観測者が視域角度２θより広い場合でも連続した２次元画像を見ることができる。
【００６９】
また、（１４）、（１５）以外の条件で、視域角度θが広い場合はギャップが狭いため、レンズを２次元画像表示装置に接触、あるいは近接させた場合、欠落画素が大きくなるため、要素画像の配列の並べ替えを行った方がよい。
【００７０】
また、２次元画像において、本来の２次元画像表示装置の解像度の１／２にした場合は、最小単位が２画素で書かれているので、画素の並べ替えを行わないでよい条件はもう少し広がり、
Ｌｐ−Ｗ２Ｄ＜６Ｐｐ      （１６）
となる。ここで、Ｌｐはレンズピッチを表している。
【００７１】
次に、視域について述べる。図１９は、２次元画像の並べ替えを行った場合、２次元画像表示装置１の表示部１ａの表示面全体にわたって、正しい２次元画像が見える視域２１を示したものである。表示面端のレンズの視域角が交わった部分が視域２１となる。図１９の場合、視距離Ｌ２Ｄ以上離れた場合、どこでも正しい画像が見られる視域幅が広くなるというメリットがあるが、表示面近傍では画面全体にわたって、正しい画像が見えないというデメリットがある。
【００７２】
次に、視距離以内でも画面全体にわたって正しい２次元画像が見える領域を広げるための視域角の設定方法について述べる。図２０に示すが、視域角２θはどのレンズに対しても同一であるが、画像端での視域角を中央に寄せることにより、表示面全体にわたって正しい２次元画像が見える位置を表示面に近づけることができる。すなわわち、図２０に示す視距離Ｌ2Doptは図１９に示す視距離Ｌ２Ｄよりも小さい。
【００７３】
次に、レンズアレイ２と２次元画像表示装置１間の距離を変える駆動装置３の具体例を説明する。ステッピングモータを用いた場合について述べる。
【００７４】
図２１に、レンズアレイ２にステッピングモータ２３を取り付けた場合の駆動例を示す。なお、図２１においては、ステッピングモータ２３の回転運動が図示しない変換器によって直進運動に変えられ、この直進運動する部分（図示せず）が２次元画像表示装置１に取り付けられている。ステッピングモータ２３はコントローラ２５に制御され、２次元画像表示装置１の画像表示は、駆動制御部２４によって制御される。本具体例において、平行移動が重要であるため、ステッピングモータ２３の他に２次元画像表示装置１に取り付けられたガイド２３ａを設けるとよい。また、２次元画像表示装置１とレンズアレイ２が接触する際の衝撃を和らげるための機構も設けるとよい。例えば、簡易的にばねを数箇所つけることで解決できる。次に、原点センサをつけることにより、接触した位置を原点とし、原点よりレンズアレイ２と２次元画像表示装置１が離れる方向のみ動作させるように、ストップ機構を設けるとよい。２次元画像表示のときと３次元画像表示のときの２次元画像表示装置１とレンズアレイ２との距離の切り替え速度は１秒以内に設定することができる。
【００７５】
図２１の場合は、一箇所にステッピングモータを取り付けているため、摩擦力などを考慮するとかなり大きな駆動力を有するステッピングモータをつけなければならない。このため、立体画像表示装置が奥行き方向に大きくなるという問題点があった。この問題を解決するために、レンズアレイ２と２次元画像表示装置１との間の距離を変えるのに、ステッピングモータとプーリーとを用いる例を図２２、図２３を参照して説明する。
【００７６】
図２２にプーリーを用いた場合の立体画像表示装置の断面図を示す。図２２はレンズアレイ２と２次元画像表示装置１が接触している２次元画像表示モードの場合を示している。動作原理としては、２次元画像表示装置１を駆動板１１０を介してプーリー１０６ののベルト１０８に連結し、プーリー１０６が右または左に回転することにより、ベルト１０８が前後方向（紙面上で左右方向）に動くことで、２次元画像表示装置１を前後方向に動かす。レンズアレイ２は筐体台１０２に固定し、プーリー１０６の軸も軸受け１０４を介して筐体台１０２に固定されている。また、２次元画像表示装置１が平行移動することを助ける機構として、スライダー１１４を設ける。このスライダー１１４は２次元画像表示装置１に固定され、筐体台１０２に固定されたスライダー台１１２上を摺動する構成となっている。なお、筐体台１０２は、筐体１００に取り付けられている。
【００７７】
次に、プーリー１０６を駆動する駆動系を図２３に示す。図２３は、図２２に示す立体画像表示装置を後面から見た図である。プーリー１０６は軸受け１０４に支持されてステッピングモータ１２０と連結器１２２を介してカップリングされている。なお、筐体台１０２は支持部１１６によって支持されている。この例においてはステッピングモータ１２０の回転は連結器１２２を介してプーリー１０６に伝達される。そして、ステッピングモータ１２０の回転軸は２次元画像表示装置１の表示面の横方向に平行に配置されるので、立体画像表示装置の奥行き方向が大きくならず、筐体台下に隠蔽できるというメリットがある。このため、立体画像表示装置の奥行き方向の幅を１００ｍｍ以内に薄型化することができる。また、図２３に示すように、ステッピングモータ１２０は図２１の場合と比べて回転方向を前後の平行移動に変化させるような機構がないため、小型化できる。また、図２３に示すように、スライドテーブル１１２を２次元画像表示装置１の縦方向の中心にから左右方向に２箇所置くことにより、安定した平行移動を実現できる。また、ステッピングモータ１２０によるベルト１０８の平行移動の精度は数十ミクロンオーダーまで細かくできるが、ベルト１０８の経時変化などがあるため、２次元画像表示モードと３次元画像表示モード時の駆動板１１０の位置を検出するためのフォトセンサ１３０をそれぞれ設けることが好ましい。フォトセンサ１３０を設けることにより、フォトセンサ１３０とステッピングモータ１２０の動作を連動させることにより、レンズアレイ２と２次元画像表示装置１との間の正確な位置設定ができる。また、ステッピングモータ１２０の誤動作時にレンズアレイ２と２次元画像表示装置１に大きな圧力がかからないように、ストッパを設けることも有効である。
【００７８】
レンズアレイ２と２次元画像表示装置１を接触した場合（２次元画像表示モード）の、レンズアレイ２と２次元画像表示装置１との距離をレンズの焦点距離だけ離した場合（３次元画像表示モード）のレンズアレイ２と２次元画像表示装置１の位置関係を図２４に示す。図２２、図２３では観測者に違和感がないようにレンズアレイ２を固定で、２次元画像表示装置１が背面で移動する方が望ましい。しかし、場合によっては２次元画像表示装置１を固定で、レンズアレイ２を移動しても同じように２次元画像表示と３次元画像表示の変換が実現できる。
【００７９】
また、より高性能な小型のアクチュエータが実現できれば、このアクチュエータを使用して、レンズアレイー２次元画像表示装置の距離を変えるようにしてもよい。
【００８０】
図２５に、レンズアレイ２を裏置きにした場合におけるレンズの厚みによるレンズの中心をとる視差光線２９と見かけ上の視差光線３０について示す。この立体画像表示装置においては、レンズ面が光線制御素子となるため、人間の目はレンズ面に画素があるように見る。そのため、実際の視差光線の位置と見かけ上の視差光線の位置が著しく異なるとその部分だけ、画像が浮いたように見える。その効果は、図２５(ａ)、（ｂ）を比較すると、レンズ２の厚みが厚いほど大きくなる。そこで、レンズ厚は薄い方が望ましいが、薄すぎるとレンズアレイが反ってしまい、所望のギャップがディスプレイ全体で保てなくなる。そこで、上記を考慮した最適な値があるが、それぞれ透明部材の硬さにもよるが、レンズ裏置きの場合の厚みは２ｍｍから３ｍｍが望ましいと思われる。
【００８１】
また、レンズを表置きにした場合はレンズが薄くなるため、３次元画像表示モード時にレンズがしなり、ギャップを一定にできないという問題が生じるおそれがあるが、レンズをある一定の張力で上下左右に引っ張り固定するか、表面に平面上の透明部材を設け、それに接触させることにより、平面性を出してもよい。
【００８２】
なお、２次元画像表示装置としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（Field emission display）など平面表示装置を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００８３】
また、光線制御素子としてレンチキュラーレンズを用いたが、レンチキュラーレンズのように見る場所によって、遮光部がなく連続な画像が得られるので、立体画像表示装置においては、より有効である。
【００８４】
なお、光線制御素子であるレンチキュラーレンズが２次元画像表示装置に対して、モアレ防止のため、斜めであっても本発明は適用可能である。
【００８５】
最後に、上記は２次元画像の奥行きの最適位置について、代表値を述べたもので、代表値近傍においても十分表示品質の劣化しない２次元画像を見ることができる。
【００８６】
以上より、本発明の各実施形態によれば、２次元画像表示と３次元画像表示の切り替えを実用レベル時間内に行えることができる。また、２次元画像の変換を行うことにより、ノイズ画素の少なく、解像度の低下を抑えた２次元画像表示を得るこができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構成を示す水平断面図と中央の観測者の目に入る光線軌跡図
【図２】第１実施形態において、視域の端にいる観測者の目に入る光線軌跡を示す図。
【図３】第１実施形態の立体画像表示装置に係る２次元画像表示装置に２次元画像をそのまま表示した時に中央の観測者の目に入る要素画像分布を示す図。
【図４】第１実施形態の立体画像表示装置に係る２次元画像表示装置に２次元画像をそのまま表示した時に視域端の観測者の目に入る要素画像分布を示す図。
【図５】第１実施形態の立体画像表示装置に係る２次元画像表示装置に並べ替えた２次元画像を表示した時に中央の観測者の目に入る要素画像分布を示す図。
【図６】第１実施形態の立体画像表示装置に係る２次元画像表示装置に並べ替えた２次元画像を表示した時に視域端の観測者の目に入る要素画像分布を示す図。
【図７】第１実施形態の立体画像表示装置に係る２次元画像表示装置に並べ替えた２次元画像表示装置に示す２次元画像の１例を示す図。
【図８】本発明の第２実施形態による立体画像表示装置において２次元画像表示モード時の水平断面図。
【図９】第２実施形態において３次元画像表示モード時の水平断面図。
【図１０】３次元画像の視差画像として、観測者から見てなめらかな２次元画像を得るために、２次元画像を置く位置を示す水平断面図。
【図１１】３次元画像の視差画像として要素画像を作成する場合の２次元画像を置く位置関係を示す図。
【図１２】本発明の第３実施形態による立体画像表示装置における２次元画像表示モード時の水平断面図。
【図１３】第３実施形態における３次元画像表示モード時の水平断面図。
【図１４】第３実施形態における２次元画像表示モード時の中央にいる観測者が見る要素画像幅を説明する図。
【図１５】本発明の一実施形態における２次元画像表示モード時における１レンズあたりの開口率の視域角度依存性を示すグラフ。
【図１６】本発明の一実施形態における２次元画像表示モード時における１レンズあたりの開口率の視差数依存性を示すグラフ。
【図１７】本発明の一実施形態における２次元画像表示モード時における１レンズあたりの開口率の平面表示装置における保護基板の厚み依存性を示すグラフ。
【図１８】本発明の一実施形態における２次元画像表示モード時における１レンズあたりの非視認視差数の総視差数との関係を示すグラフ。
【図１９】本発明の一実施形態による立体画像表示装置における従来の視域範囲を示す水平断面図。
【図２０】本発明の一実施形態による立体画像表示装置において、表示面に近い位置での視域範囲を広げる手法を取り入れた場合の視域範囲を示す水平断面図。
【図２１】本発明の一実施形態に係る駆動装置の一具体例を示す図。
【図２２】本発明の一実施形態に係る駆動装置の一具体例を示す断面図。
【図２３】本発明の一実施形態に係る駆動装置の一具体例を示す図。
【図２４】本発明の２次元画像表示モード時および３次元画像表示モード時におけるレンズアレイと２次元画像表示装置の位置関係を示す図。
【図２５】本発明の一実施形態による立体画像表示装置において、レンズの厚みによる光線軌跡の違いを示す水平断面図。
【図２６】通常のカラーフィルタ配列を示す図。
【図２７】カラーフィルタの配列の一例を示す図。
【図２８】ＩＰ法による立体表示の原理を示す水平断面図
【符号の説明】
【００８８】
１  ２次元画像表示装置
１ａ  表示部
１ｂ  保護基板
２  レンズアレイ
３  駆動装置
７  正面から見たときに見えなくなる画素群
８  角度θ方向から見た光線がカラーフィルタに集光する幅
９  角度θ方向から見たときに見えなくなる画素群
１０  観測者  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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