(57)【要約】【課題】少なくとも２つ以上の離れた領域に視域を設けることが可能な画像表示装置を提供することを可能にする。【解決手段】二次元的に複数の画素が配列された二次元画像表示装置２と、複数の射出瞳を有し、画素からの光線方向を制御することにより画素に表示された画像情報が観察される領域を画素ごとに異ならせる光線制御子３とを備え、射出瞳一つに複数の画素からなる要素画像表示用画素群が対応しており、各画素が射出瞳を経由して観察される方向に応じた画像情報が各要素画像表示用画素に表示され、要素画像表示用画素群が二つ以上の領域に分離して設けられている。【選択図】図１
2006309178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的に複数の画素が配列された二次元画像表示装置と、
複数の射出瞳を有し、前記画素からの光線方向を制御することにより前記画素に表示された画像情報が観察される領域を画素ごとに異ならせる光線制御子と
を備え、
前記射出瞳一つに複数の画素からなる要素画像表示用画素群が対応しており、
各画素が前記射出瞳を経由して観察される方向に応じた画像情報が各要素画像表示用画素に表示され、
前記要素画像表示用画素群が二つ以上の領域に分離して設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の少なくとも一方の構成画素数をＮ（Ｎ：自然数）個とした場合に、Ｎ画素に表示される画像情報には視差が与えられないことにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像を見えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の少なくとも一方の構成画素数をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個とした場合に、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の三次元画像を見えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の構成画素数をＮ（Ｎ：自然数）個とした場合に、Ｎ画素に表示される画像情報には視差が与えられないことにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像を見えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の構成画素数をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個とした場合に、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の三次元画像を見えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の構成画素数をＭ個（Ｍ：２以上の自然数）とした場合に、
ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られず、ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、
前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像と個別の三次元画像を見えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項７】
二つの視域が前記観察者の両目の位置に配置されたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記観察者の位置を検出し、二つの視域を移動する観察者の両目の位置に対応するように要素画像の位置を移動させることにより、実質的な視域を拡大することを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【請求項９】
二つ以上の視域が、二人以上の観察者の位置に配置されたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記画像表示装置の表示面が水平に設置されており、この画像表示装置を挟んで相対する二人以上の観察者の位置が視域になるように前記要素画像表示用画素群がマッピングされたことを特徴とする請求項９記載の画像表示装置。
【請求項１１】
表示方式として多眼式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、分離された水平または垂直の画素総数がＭall、定数ｎを２以上の自然数とした場合に、Ｍall＝nであることを特徴とする請求項５または６記載の画像表示装置。
【請求項１２】
表示方式としてインテグラル・イメージング方式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、分離された水平または垂直の画素総数Ｍallが、定数nを２以上の自然数とした場合に、
Ｍall＝n、またはＭall＝（n＋１）であることを特徴とする請求項５または６記載の画像表示装置。
【請求項１３】
三次元立体視を実現するために観察者に対して水平方向にのみ視差情報が与えられ、
水平に置かれた画像表示装置を挟んで相対する二人に視域を振り分けるため、もしくは垂直方向に視差を与えるために、
前記要素画像表示用画素群の垂直方向の構成画素総数Ｍallについては、定数ｍを２以上の自然数とした場合にＭall＝ｍであることを特徴とする請求項１１または１２記載の画像表示装置。
【請求項１４】
二次元に複数の画素が配列された二次元画像表示装置と、
複数の射出瞳を有し、観察位置に応じて射出瞳を経由して観察される画素が切り替わる光線制御子と、を備え、
複数の画素からなる要素画像表示用画素群が各射出瞳に対応して配置され、前記要素画像表示用画素群が離間した複数の領域に分離されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
離間した要素画像表示用画素群の間に、前記要素画像表示用画素群が対応する射出瞳以外の射出瞳に対応する要素画像表示用画素群が配置されていることを特徴とする請求項１４記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記射出瞳は、第一の軸方向に周期的に設置され、
前記要素画像表示用画素群が前記第一軸の方向で離間した複数の領域に分離されていることを特徴とする請求項１４記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記射出瞳は、前記第一の軸方向に直交する第二の軸方向に周期的に設置されていることを特徴とする請求項１６記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記要素画像表示用画素群が前記第二の軸方向で離間した複数の領域に分離されていることを特徴とする請求項１７記載の画像表示装置。
【請求項１９】
分離された前記要素画像表示用画素群の少なくとも１つは視差情報を有することを特徴とする請求項１６乃至請求項１８に記載の画像表示装置。
【請求項２０】
分離された前記要素画像表示用画素群の少なくとも１つは視差情報を有しないことを特徴とする請求項１６乃至請求項１８に記載の画像表示装置。
【請求項２１】
観察者の位置を検出し、前記要素画像表示用画素群が分離されることにより分離された視域が前記観察者の両目の位置に対応するように前記要素画像表示用画素群を配置することを特徴とする請求項１６乃至請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２２】
前記射出瞳に対応した前記要素画像表示用画素群の分離した方向の構成画素総数をＮ、前記画素の分離した方向の幅をｐｐ、定数ｎを２以上の自然数としたときに、
Ｎ＝ｎであり、前記射出瞳の設置間隔をｎ×ｐｐより小さくしたことを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項２３】
前記射出瞳に対応した前記要素画像表示用画素群の分離した方向の構成画素総数をＮ、前記画素の分離した方向の幅をｐｐ、定数ｎを２以上の自然数としたときに、
Ｎ＝ｎの要素画像表示用画素群の中にＮ＝ｎ＋１の要素画像表示用画素群が離散的に配置され、前記射出瞳の設置間隔をｎ×ｐｐと等しくしたことを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離間した二つ以上の視域を有する二次元画像または三次元画像を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な二次元画像表示装置においては、どの方向からも同一の画像が視認される。しかしながら、表示面が水平に置かれた二次元画像表示装置をはさんで相対して位置する二人の観察者や、カーナビを挟んで両側に居る運転席と助手席の二人の観察者を想定した場合など、観察位置が離れた二人に、各々異なる画像を示したいという要望がある。
【０００３】
一方、従来からある裸眼式三次元画像表示方式においても、視域はひとつに設計されていた。裸眼立体視方式の三次元画像表示装置の場合、眼鏡をしないで三次元画像観察できるが、観察可能な範囲（視域）が限られている。そして、従来の裸眼式三次元画像表示方式における視域は、一人、もしくはその一人を中心とした両側に位置する複数の観察者が想定されて設計されていた。しかしながら、二次元画像表示装置に関しても述べたように、表示面が水平に置かれた画像表示装置をはさんで相対して位置する二人の観察者や、カーナビを挟んで両側に居る運転席と助手席の二人の観察者を想定した場合など、観察位置が離れた二人に、各々三次元画像を示したいという要望がある。
【０００４】
上記のような要望に対して、レンチキュラーシートやスリットといった射出瞳アレイと、LCD（液晶表示装置）などの高精細フラットパネルディスプレイを組み合わせて、観察できる二次元画像、または三次元画像を観察位置ごとに振り分ける方法がある。これについて、まず三次元画像の視域を複数設ける構成について以下に説明する。二次元画像の視域を複数設ける場合については、三次元画像に準じて理解が可能である。
【０００５】
二次元画像表示装置の前面または背面に射出瞳アレイを組み合わせる構成により、二次元画像表示装置の各画素と、画素が観察できる領域とを一対一に対応させ、観察位置に応じた画像に切り替わるようにすることで、三次元画像を認識させる三次元画像表示装置が広く検討されている。具体的には、射出瞳１つに対して、ｎ画素（またはｎサブピクセル）が対応させられ、眼間距離相当の視差を生じさせた画像をｎ種類表示することにより、不連続ながらも運動視差を与えた多眼式が知られている。n＝２のときは特に二眼式と呼ぶ。
【０００６】
二眼式、多眼式においては、射出瞳の水平ピッチが一つの射出瞳に対応させられた画素群、すなわち要素画像表示用画素群のピッチより若干小さく設定されている。これにより、各画素から射出し、射出瞳を経由することにより、射出方向が一義的に定められた光線が、三次元画像表示面から視距離Lだけ離れた平面内に、ｎ点の集光点を形成する。この集光点の間隔は、眼間距離（一般的には６５ｍｍ）に対応しており、この各集光点から取得した透視投影画像を、集光点から観察される画素群に表示する。これにより、この位置に目を位置させた観察者は立体画像を視認することになる。
【０００７】
さらには、我々が検討するインテグラル・イメージング法による三次元画像も、同様の構成を用いる。ただし、各画素から射出し、射出瞳を経由することにより射出方向が一義的に定められた光線は、観察者の位置する空間内に均一に分散しており、二眼式、多眼式における集光点のような、特殊な位置が発生していない。これにより、観察者は立体画像を認識すると同時に、自然な運動視差をも得ることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
これまでに述べた射出瞳が周期的に設けられた光線制御子とは、具体的にはピンホール、スリット、レンズアレイ、レンチキュラーシートであり、要素画像表示用画素群から略一つの画素に表示された画像情報を観察位置に応じて抜き出して視認させる働きがある。
【０００９】
これらの裸眼式三次元画像表示方法においては、視域は一つに設定され、射出瞳一つに対する要素画像表示用画素群も一つの集合になっている。この構成において、前述した応用のために視域を二つ以上に分けようようとした場合、要素画像を表示するための要素画像表示用画素群を２つ以上に分割し、分割された視域毎に観察できる三次元画像を異ならせるという方法がある。２種類以上の二次元画像を異なる視域に表示する場合も、前述したような構成の延長で、二つ以上に分割された要素画像表示用画素群のそれぞれに、個別の二次元画像の構成画素情報を表示することにより、観察者に観察位置に応じた２種類以上の二次元画像を視認させることが可能になる。この場合、二つ以上に２分割された要素画像表示用画素群のそれぞれの範囲内では視差を与えない。各二次元画像が見える範囲は各観察者の両眼が入るように６５ｍｍ以上の幅を有することが好ましく、二人の観察位置を離そうとすると、さらに、二つの視域を拡大する必要が生じる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１２６６６号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、水平断面図である図２に示すように、複数の画素１１がマトリクス状に配列された例えば液晶パネルからなる二次元画像表示装置２と、複数の射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９を有する例えばスリットからなる光線制御子３とを備えている三次元画像表示装置１において、光線制御子３と組み合わせることで例えば二種類の三次元画像を見せる構成においては、射出瞳と画素部のギャップをｇ、それぞれの三次元画像の視域をＶＷ、それぞれの三次元画像を表示するための要素画像表示用画素群の幅をＰ、視距離（光線制御子３から視距離面５までの距離）をＬとした場合、
ＶＷ＝Ｐ×Ｌ／ｇ・・・（１）
という関係がある。よって、それぞれの三次元画像の視域ＶＷを広くするためには、ギャップｇを小さくする必要がある。すなわち、視距離面５内で水平方向に離れた二人の観察者を包含する視域９を設けるために、各射出瞳に対応した要素画像表示用画素群１３の数（要素画像幅Ｐに比例）をそのままに二つの視域ＶＷをその分広げると、多眼式において集光点の間隔が６５ｍｍ以上になったり、インテグラル・イメージング方式における視差情報を担う光線間隔が低下、すなわち、三次元画像の奥行き方向の表現可能範囲が狭くなったり、といった問題が生じる。さらには、離間した二人を包含するために広くした視域のうち、二人の間の観察位置に入射する光線群は観察者の立体視に寄与しない。すなわち、二次元画像表示装置の解像度を十分利用しているとは言いがたい。なお、図２において、符号７で示す領域は最左端の射出瞳から射出する光線群が満たす領域であり、符号８で示す領域は最右端の射出瞳から射出する光線群が満たす領域である。
【００１１】
図２に示す構成は二眼式三次元画像表示装置にも適用される。この場合、要素画像表示用画素群１３を２画素または２サブピクセルで構成し、両眼視差に相当する視差を付与した二種類の二次元画像が、両眼間隔である６５ｍｍ幅になるように設計された二つの視域９で観察されるようにすることで、立体視が可能になる。この場合も、視距離Ｌを小さくしたり、各視域９を広げ、各視差画像の視域を広げたりする場合は（例えば特許文献２）、（１）式の関係からギャップｇを小さくする必要が生じる。二種類の二次元画像についてそれぞれ十分な視域を確保する場合も同様である。
【００１２】
ところが、一例として二次元画像表示装置として液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を用いる場合、液晶ディスプレイの画素部は、透明画素電極を設けたガラス基板２枚で挟むことにより形成されており、画素部と射出瞳までの間隔（ギャップ）ｇにはこのガラス厚を含む必要があり、ガラス厚より小さいギャップｇは実現不可能である。この問題への対策としては、擬似的に要素画像表示範囲Ｐを大きくする方法がある。すなわち、同一の視差情報を配置するピッチを、ピクセル（またはサブピクセル（赤、緑、青等を表示する）のピッチｐｐとしていたのを、複数ピクセル（または複数サブピクセル）のピッチとすることでｇをそのままにＶＷを大きくすることができる。図３では、画素ピッチＰを図２の場合の２倍とすることで、ＶＷが２倍に拡大した例を示している。しかしながら、この方法を選択した場合、射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９の形成ピッチｐｅも従来の二倍となり、各視域から観察される二次元画像の水平解像度が１／２に低下するという問題が発生する。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、離間した視域に個別の二次元画像または三次元画像を表示しつつ、全ての画素情報が有効に利用される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】
【００１４】
本発明の第１の態様による画像表示装置は、二次元的に複数の画素が配列された二次元画像表示装置と、複数の射出瞳を有し、前記画素からの光線方向を制御することにより前記画素に表示された画像情報が観察される領域を画素ごとに異ならせる光線制御子とを備え、前記射出瞳一つに複数の画素からなる要素画像表示用画素群が対応しており、各画素が前記射出瞳を経由して観察される方向に応じた画像情報が各要素画像表示用画素に表示され、前記要素画像表示用画素群が二つ以上の領域に分離して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の少なくとも一方の構成画素数をＮ（Ｎ：自然数）個とした場合に、Ｎ画素に表示される画像情報には視差が与えられないことにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像を見えるように構成してもよい。
【００１６】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の分離後の少なくとも一方の構成画素数をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個とした場合に、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の三次元画像を見えるように構成してもよい。
【００１７】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＮ（Ｎ：自然数）個とした場合に、Ｎ画素に表示される画像情報には視差が与られないことにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像を見るように構成してもよい。
【００１８】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個とした場合に、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の三次元画像を見るように構成してもよい。
【００１９】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＭ個（Ｍ：２以上の自然数）とした場合に、ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られず、ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像と個別の三次元画像を見るように構成してもよい。
【００２０】
なお、二つの視域が前記観察者の両目の位置に配置されるように構成してもよい。
【００２１】
なお、前記観察者の位置を検出し、二つの視域を移動する観察者の両目の位置に対応するように要素画像の位置を移動させることにより、実質的な視域を拡大するように構成してもよい。
【００２２】
なお、二つ以上の視域が、二人以上の観察者の位置に配置されるように構成してもよい。
【００２３】
なお、前記画像表示装置の表示面が水平に設置されており、この画像表示装置を挟んで相対する二人以上の観察者の位置が視域になるように前記要素画像表示用画素群がマッピングされるように構成してもよい。
【００２４】
なお、表示方式として多眼式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、分離された水平または垂直の画素総数がＭall、定数nを２以上の自然数とした場合に、Ｍall＝nであるように構成してもよい。
【００２５】
なお、表示方式としてインテグラル・イメージング方式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、分離された水平または垂直の画素総数がＭall、定数nを２以上の自然数とした場合に、Ｍall＝n、またはＭall＝（n＋１）であるように構成してもよい。
【００２６】
なお、三次元立体視を実現するために観察者に対して水平方向にのみ視差情報が与えられ、水平に置かれた画像表示装置を挟んで相対する二人に視域を振り分けるため、もしくは垂直方向に視差を与えるために、前記要素画像表示用画素群の水平方向垂直方向の構成画素総数Ｍallについては、定数ｍを２以上の自然数とした場合にＭall＝ｍであるように構成してもよい。
【００２７】
なお、二つ以上に分割された要素画像表示用画素群の構成画素数、または視域の面積が非対称でも良い。
【００２８】
また、本発明の第２の態様による画像表示装置は、二次元に複数の画素が配列された二次元画像表示装置と、複数の射出瞳を有し、観察位置に応じて射出瞳を経由して観察される画素が切り替わる光線制御子と、を備え、複数の画素からなる要素画像表示用画素群が各射出瞳に対応して配置され、前記要素画像表示用画素群が離間した複数の領域に分離されていることを特徴とする。
【００２９】
なお、離間した要素画像表示用画素群の間に、前記要素画像表示用画素群が対応する射出瞳以外の射出瞳に対応する要素画像表示用画素群が配置されていてもよい。
【００３０】
なお、前記射出瞳は、第一の軸方向に周期的に設置され、前記要素画像表示用画素群が前記第一軸の方向で離間した複数の領域に分離されていてもよい。
【００３１】
なお、前記射出瞳は、前記第一の軸方向に直交する第二の軸方向に周期的に設置されていてもよい。
【００３２】
なお、前記要素画像表示用画素群が前記第二の軸方向で離間した複数の領域に分離されていてもよい。
【００３３】
なお、分離された前記要素画像表示用画素群の少なくとも１つは視差情報を有していてもよい。
【００３４】
なお、分離された前記要素画像表示用画素群の少なくとも１つは視差情報を有しなくてもよい。
【００３５】
なお、観察者の位置を検出し、前記要素画像表示用画素群が分離されることにより分離された視域が前記観察者の両目の位置に対応するように前記要素画像表示用画素群を配置してもよい。
【００３６】
なお、前記射出瞳に対応した前記要素画像表示用画素群の分離した方向の構成画素総数をＮ、前記画素の分離した方向の幅をｐｐ、定数ｎを２以上の自然数としたときに、
Ｎ＝ｎであり、前記射出瞳の設置間隔をｎ×ｐｐより小さくしてもよい。
【００３７】
なお、前記射出瞳に対応した前記要素画像表示用画素群の分離した方向の構成画素総数をＮ、前記画素の分離した方向の幅をｐｐ、定数ｎを２以上の自然数としたときに、
Ｎ＝ｎの要素画像表示用画素群の中にＮ＝ｎ＋１の要素画像表示用画素群が離散的に配置され、前記射出瞳の設置間隔をｎ×ｐｐと等しくしてもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、二次元または三次元画像表示装置において離間した視域を設けてそれぞれに個別の二次元または三次元画像を表示することができるとともに、視域の間に無駄な光線を発生させないことが可能となり全ての画素情報を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様または類似する機能を有する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
まず、三次元画像表示装置の従来の構成（水平断面図）を図４（ｂ）に示す。この図４（ｂ）に示す三次元画像表示装置１は、例えば液晶パネルからなる二次元画像表示装置２とレンチキュラーシートからなる光線制御子３とを備えている。三次元画像表示装置１の水平幅をＷ、三次元画像表示装置１を直視する場合に三次元画像を観察可能な領域を、視距離Ｌと視距離面５上の視域幅ＶＷで示す。光線制御子の両端の射出瞳（レンズ）Ｅ−１、Ｅ−９から射出した光線群が占める領域はそれぞれ７、８で示す。全ての射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９から射出した光線群が視距離面５上の視域幅ＶＷを通過するように設計することで、全ての射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９から射出した光線群が、両端のレンズから射出した光線群７、８が重なった領域（視域：太線で囲まれた範囲９）を満たす。光線間隔が観察者の両眼間隔より密な条件が満たされていれば、この視域９の範囲に観察者の両眼が位置すると、三次元画像表示装置１の全面について表示された三次元元画像を正しく観察することができる。より詳細に説明すれば、各射出瞳に対応して配置された要素画像１３から射出した光線群が満たす領域が、視域９であり、これをはずれた領域に観察者が位置した場合、本来の射出瞳に隣接した射出瞳を経由した光線群を視認することにより、本来観察されるべき三次元画像とは異なる三次元画像（偽像と呼ぶ）を観察する。また、光線間隔が観察者の両眼間隔より疎になっても立体視ができなくなる。要素画像は要素画像表示用画素群に表示される。
【００４１】
射出瞳に対応して配置された要素画像とは、射出瞳を経由して光線が射出する方向に反映して表示した画像である。観察者は射出瞳を経由してその画素をみたときに、観察位置に応じた画像が見える。ここで、射出瞳を経由して観察できる方向、すなわち光線の射出方向を反映した画像を視差画像、射出瞳１つに対応された視差画像の集合を要素画像、要素画像を表示するための画素の集合を要素画像表示用画素群と呼ぶ。
【００４２】
図４（ａ）において、射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９と要素画像１３の関係をまとめる。縦方向は上から下に射出瞳の左から右に相当し、横方向は左から右に要素画像１３の左から右に相当する。斜線で埋めた領域が、射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９と要素画像Ｐ−１〜Ｐ−９の対応を示す。
【００４３】
三次元画像表示装置１が多眼式の場合、視距離面５上に集光点を設けるように設計することで、図２に示した視域９を実現できる。具体的には、各射出瞳に対応した要素画像表示用画素群の（水平）幅（例えばn×サブピクセル水平幅）より射出瞳の設置周期を若干狭く設計する。これにより、各画素群の中心と対応した射出瞳を結ぶ線は、視距離面５上の一点で交差する。すなわち、視距離面５で各射出瞳に対応した画像が見られる範囲が最大化し、三次元画像を観察できる範囲９（視域幅ＶＷ）が最大化される。
【００４４】
一方、光線が分散していることが特徴のインテグラル・イメージング方式の場合は、多眼式のように各射出瞳に対応した画像が表示される画素群の幅を一定の値にすることができないが、各射出瞳に対応した要素画像を表示するための画素群の（水平）幅を画素幅単位で調整し（例えばn×サブピクセル水平幅と、（n＋１）×サブピクセル水平幅の二値とする（例えば、特許文献１参照）。各射出瞳に対応した画像が表示された画素群の中心と対応する射出瞳を結ぶ線を、視距離面５上の略一点で交差するように設計することができる。これにより、多眼式の場合と同様、視距離面５上の視域幅ＶＷ内に全射出瞳から射出した光線を入射させ、最大化するとともに視域９を実現する。
【００４５】
以上は、視域がひとつ設けられた、従来の裸眼式三次元画像表示装置１の視域９の定義であり、本発明の一実施形態による三次元空間画像表示装置の視域については後述する。
【００４６】
二次元画像表示装置２は、表示面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置や電界放出型表示装置や有機ＥＬ表示装置などであってもよい。光線制御子３としては、その概略垂直方向に延び概略水平方向に周期的な射出瞳構造をもつスリットまたはレンチキュラーシートが使用される。本発明の一実施形態では簡単のために図面はスリットを用いた場合の水平断面図として描く。また、図面は水平方向の断面図として記載し、垂直方向の視差についてはあってもよいし、なくてもよい。すなわち、スリットは、垂直方向にも視差を有するピンホールアレイであると理解しても良い。
【００４７】
次に、二次元画像表示装置において、二つ以上の視域に個別の二次元画像を表示する場合について説明する。この場合は、ほぼ前述の構成に順ずる。すなわち、図２における構成において、要素画像表示用画素群を二分割またはそれ以上に分割し、かつこの分割後の画素群には同一視差情報が表示されるか、もしくは分割後の要素画像表示用画素群が物理的にそれ以上分割不可能な単位（例えば１サブピクセル）で分割後の要素画像表示用画素群では視差を表現できない場合に相当する。
【００４８】
次に、本発明の一実施形態における、要素画像表示用画素群を二つ以上２分割した、二次元または三次元画像表示装置について図面を参照して説明する。図１（ｂ）に基本的な構成を示す。二次元画像表示装置２と、射出瞳アレイ３を組み合わせるという構成はそのままに、各射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９に対応する要素画像表示用画素１３を、従来とは異なり、二つの領域に離間して設けることによって、視域９を２つに分けた。
【００４９】
本実施形態の画像表示装置が、図２または図３に示す画像表示装置と大きく異なるのは、要素画像を分離かつ離間することにより視域９を分離したことであり、これに応じて視域同士も離間している。三次元画像表示装置の構成はそのままに、要素画像の表示位置を変更するだけで、図１（ｂ）に示す離間した二つの視域９が実現された。
【００５０】
より具体的には，図２または図３では，射出瞳E - 1に対応する要素画像は二領域に分離はされているものの，射出瞳E - 1の真後ろに位置するひとかたまりの画素群に配置されていたが，図１では，射出瞳E - 1の背面の画素領域には，射出瞳E - 1の両側の射出瞳E - 0（図示せず）とE - 2に対応する要素画像が配置され，逆に，射出瞳E - 1のための要素画像は，図２または３で，E - 0（図示せず）とE - 2のための要素画像が配置されていた画素領域に配置される。
【００５１】
図１（ａ）において、射出瞳Ｅ−１〜Ｅ−９と要素画像の関係をまとめる。図４（ａ）と比較すると、要素画像表示用画素１３の配分が異なっている。
【００５２】
図５乃至図９を参照して、本実施形態の構成を用いて実現可能な視域と対応する要素画像の配置を示す。図５における２５１を射出瞳一つに対して要素画像表示用画素が一塊で設けられた場合の視域幅ＶＷとした場合に、２５Ｒ２、２５Ｌ２、２５Ｒ３、２５Ｌ３、２５Ｒ４、２５Ｌ４といった視域が同様の構成において要素画像表示画素とそこに表示する要素画像を変更するだけで実現ができる。図６を従来の要素画像表示用画素のマッピングの例を示す図とすると、図７は図５における視域２５Ｒ２、２５Ｌ２の、図８は視域２５Ｒ３、２５Ｌ３を実現するためのマッピングの例を示す図である。また、図９に示したように、マッピングを非対称にすることで、図５の視域２５Ｌ４と視域２５Ｒ２という非対象な組み合わせの視域の実現も可能である。視域幅を非対称にすることもできる。
【００５３】
より具体的には，図６では射出瞳E - 1のための要素画像は領域P - 1に，射出瞳E - 2のための要素画像は領域P - 2に，射出瞳E - 3のための要素画像は領域P - 3にと，射出瞳に対応する要素画像は射出瞳の後ろにひとかたまりに配置されていたが，視域２５Ｒ２、２５Ｌ２を実現するためには，図７に示したように，射出瞳E - 1のための要素画像は領域P - 0とP - 2に，射出瞳E - 2のための要素画像は領域P - 1とP - 3に，射出瞳E - 3のための要素画像は領域P - 2とP - 4にと，従来両隣の射出瞳のための要素画像が配置されていた領域に分離かつ離間して配置される．図８では，視域２５Ｒ３、２５Ｌ３を実現するために，分離された要素画像が図７に比較してさらに離間して配置した例を，図９では，視域２５Ｒ２、２５Ｌ４と非対称に実現するために，要素画像も図７，図８とは異なり非対称に離間して配置した例を示した．図示しなかったが，離間した画素群の構成画素数は非対称でも構わない。
【００５４】
図１０には、直交する二方向（たとえば、水平と垂直）に視差を与える場合の、二次元画像表示装置への要素画像表示用画素１３のマッピングの従来例を示す。一つの射出瞳に対して、４×４画素が対応させられており、画素は一つの領域にまとまっている。
【００５５】
直交する二方向に視差を与えるには，その射出瞳は，二方向のいずれの方向においても連続しておらず，周期的に形成されていることを意味する．射出瞳が連続していない方向に要素画像を分離して配置することで，視域を離間することができることから，二方向に連続していない場合は，４つ以上に視域を離間することが可能になる。
【００５６】
次に、図１１に、要素画像表示用画素群１３を分散した本実施形態の一例を示す。射出瞳一つに対応する要素画像表示用画素群１３を４つのエリアに離間して設けた。これとハエの目レンズ、または直交するレンチキュラーシートを組み合わせることにより、視域を４方向２分割することができる。
【００５７】
図１２（ａ）に、図８に示すように一つの射出瞳に一つにまとまった要素画像表示用画素群１３を設けた場合の視域９の概念図を示す。図９に示すように４分割にした要素画像表示用画素群１３とすることにより、視域９は図１２（ｂ）に示すように４分割される。
【００５８】
これは、図１２（ｃ）に示すように三次元画像表示装置１を平置きにし、その４辺を取り囲むような４人の観察者を仮定した場合に、各人に視域を振り分けることができることを意味する。
【００５９】
直交する二方向に視差を与える場合も，一方向に視差を与える場合と同様に，分離後の要素画像表示用画素の総和（図１１）は，分離前の要素画像表示用画素の総和（図１０）に等しい．また，分離後の要素画像の間には，隣接する射出瞳に対応した要素画像がレイアウトされる．図１９には，同様に直交する二方向（例えば水平と垂直）に周期的に設けられた射出瞳に対して，要素画像表示用画素群１３を４つのエリアに離間して設置する別の方法を示す。このときも，分離後の要素画像表示用画素の総和（図１９）は，分離前の要素画像表示用画素の総和（図１０）に等しく，分離後の要素画像の間には，隣接する射出瞳に対応した要素画像がレイアウトされる。
【００６０】
図１３（ａ）に要素画像表示用画素群１３を２分割にした別の例を示す。２分割することにより、視域９は図１３（ａ）に示すように２分割される。これは、図１３（ｂ）に示すように三次元画像表示装置１を平置きにし、対向する２辺に２人の観察者がいると仮定した場合に、各人に視域を振り分けることができることを意味する。
【００６１】
図１３のように視域を分離した場合，観察者が観察する画像は二次元画像でも三次元画像でもよいが，三次元画像を観察させる場合には，三次元画像を見るための第一の方向と要素画像を分離する方向が一致している図１とは異なり，要素画像を分離する方向を第一の方向と直交する第二の方向にする必要がある．すなわち，第二の方向の断面図で本提案における図１の光線制御子と要素画像の配置を適用する必要がある。
【００６２】
さらに、図１４（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施形態の手法を用いることで、使用する二次元画像表示装置の解像度と、表示される二次元画像の解像度はそのままにして、ギャップｇを変えられる効果を説明する。解像度はそのままにギャップを変えたい代表的な例として、カーナビゲーションシステムに用いられる液晶ディスプレイを仮定して効果を説明する。
【００６３】
図１４（ａ）では単純に要素画像を２分割することでＡ、Ｂ２種類の視域を実現した場合を図示した。この場合、Ａ、Ｂの視域ＶＷを十分広くしようとすると、（１）式で示したように、ギャップｇが小さくなる。詳細は比較例で説明するが、１５．４“ＵＸＧＡにおいてギャップｇがガラス厚とレンズ厚を許容するように設計しようとすると、要素画像表示用画素数は１６サブピクセルとなり、１サブピクセルの水平幅を０．０５７５μｍとすると、射出瞳水平ピッチが１ｍｍ弱、三次元画像表示用水平画素数が３６０画素（＝１９２０×３／１６）となる。これはカーナビゲーションシステム用ディスプレイの解像度としては粗過ぎる。
【００６４】
これに対し、図１４（ｂ）に示すように、要素画像表示用画素の位置を分割することにより、ガラス厚とレンズ厚を許容するギャップｇを確保しつつ、要素画像表示用画素数が８サブピクセルとなり、射出瞳の水平ピッチが０．４６ｍ、三次元画像表示用水平画素数が７２０画素（＝１９２０×３／８）となり、カーナビゲーションシステムとして十分な精細度を維持することがわかる。
【００６５】
図１５（ａ）、（ｂ）では、本実施形態の視域分割方式を用いることで、二次元画像表示装置、三次元画像表示装置としての解像度はそのままに、ギャップｇが大きく設定できる効果を定性的に示した。補足すると、図１５（ｂ）の二つの視域の間では、本来通過するべき射出瞳に隣接した射出瞳を経由したことによる、偽像が観察できる。Ａ、Ｂが本来観察できる画像とすると、Ａ’、Ｂ’は偽像を意味する。図１５（ａ）、（ｂ）では、二次元画像表示装置と、この表示装置の画素群と、画素群から射出し、二次元画像表示装置とギャップｇを隔てて位置する射出瞳を経由した光線群が満たす視域を示した。画素群は、ＡまたはＢの要素画像を表示するべく二つに分割されている。分割後の画素数は１つでも、複数でも良い。ただし、図１５（ａ）と（ｂ）で分割後の画素数は等しいものとする。分割後の要素画像に視差があれば対応する視域では三次元画像が、視差が無ければ（分割後の画素数が１の場合は、視差を設けられなければ）二次元画像が観察される。図１５（ａ）では、Ａ、Ｂの要素画像を表示する画素群同士が隣接している。すなわち、射出瞳に対応した要素画像表示用画素群は連続した１領域に設けられている。この結果、Ａ、Ｂに対応する視域も連続している。一方、図１５（ｂ）では、Ａ、Ｂの要素画像を表示する画素群同士が離間している。すなわち、射出瞳に対応した要素画像表示用画素群が２領域に分離して設けられている。この結果、Ａ、Ｂに対応している視域も分離している。この結果、観察者は図１５（ａ）、（ｂ）で同程度に離間した位置からＡ、またはＢの画像を観察できるが、図１５（ｂ）でギャップｇが大きくてきる。また、観察される画像の水平解像度（射出瞳の水平ピッチ）も同一であることがわかる。すなわち、液晶ディスプレイのガラスの厚み等でｇを小さく設定できない場合に、本提案の要素画像を二分割する方法が有効であることがわかる。
【００６６】
図１６、図１７では、この偽像が観察されることを防ぐ構造を示す。図１６は遮光板１４および遮光板１５のいずれか一方を設ける例を示す図である。遮光板１４または遮光板１５のいずれかに一方を設けることで、本来経由するべき射出瞳６に隣接した射出瞳を経由した光線を遮断することが可能である。遮光板の裏面（二次元画像表示装置側）に反射膜を成膜すると、三次元画像表示装置の輝度が若干向上する。
【００６７】
図１７は、隣接する要素画像毎、射出瞳６毎に、偏光方向１７を異ならせた例を示す図。このような構成により、本来経由するべき射出瞳６に隣接した射出瞳を経由した光線を遮断することが可能である。隣接した領域で偏光方向を異ならせる方法として、マイクロポールの使用が挙げられる。
【００６８】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００６９】
（実施例１）
図１に示す二次元画像表示装置２は液晶表示装置であって、その前面に光線制御子３が設けられ、後面にバックライト（図示せず）が設けられた構成となっている。具体的には、液晶表示装置として、ＱＵＸＧＡ−ＬＣＤパネル（製品名：ＣＤＵ−２１０６Ａ（Ｗｉｎ用）またはＣＤＵ−２１０４Ａ（Ｓｏｌａｒｉｓ用）、画素数３２００×２４００、画面サイズ４２２．４ｍｍ×３１６．８ｍｍ等）を使用した。ピクセルサイズは１３２μｍ×１３２μｍの正方形で、赤、緑、青色の各サブピクセルの水平幅は４４μｍ、垂直幅は１３２μｍ、サブピクセルは独立して駆動可能である。通常の二次元画像表示装置２では、横に並んだ赤、緑、青色の３つのサブピクセルで１つのピクセルを構成するが、ここではこの制約を解いて用いた。カラーフィルタ配列はモザイク配列とした。
【００７０】
光線制御子３としては、液晶パネルの画素位置が略焦点距離になるように設計したレンチキュラーシートを用いた。すなわち、水平方向にのみ視差情報を付与することが可能である。視距離Ｌを７００ｍｍにおいて従来の視域幅ＶＷ（図５に示す視域幅２５１）を２６０ｍｍとするために、ギャップ（空気換算）ｇは、
ｇ＝Ｌ×Ｐ／ＶＷ                                   ・・・（２）
＝７００×（０．０４４×１６）／２６０
＝１．９０［ｍｍ］
とした。具体的には、液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップｇｓ（＝０．８ｍｍ）を差し引いて、ＰＭＭＡ(polymethylmethacrylate)から成るレンチキュラーシートの厚みｇｒを、
ｇｒ＝（ｇ−ｇｓ／ｎ１）×ｎ２                     ・・・（３）
＝（１．９−０．８／１．５）×１．５
＝２．０４［ｍｍ］
とした。簡易的に、ガラス〜偏光板の平均屈折率（ｎ１）、ＰＭＭＡの屈折率（ｎ２）は両方とも１．５とした。レンズ表面の曲率は、球面収差が原因で発生する焦点深度の変化を吸収することを目的に、液晶ディスプレイのカラーフィルタ部分より若干内側に焦点が合うように定めた。また、レンズピッチｐｅは、要素画像表示用サブピクセル水平数Ｎｖが１６の多眼式設計を採択し、
ｐｅ＝ｐｐ×Ｎｖ×Ｌ／（Ｌ＋ｇ）                   ・・・（４）
＝０．０４４×１６×７００／（７００＋１．９）
＝０．７０２［ｍｍ］
と、サブピクセルピッチ（＝０．０４４ｍｍ）の１６倍（＝０．７０４ｍｍ）より０．２７％狭く設計した。これによって、視距離Ｌにおいて集光点が発生するとともに、視域幅ＶＷは最大化される。
【００７１】
以上の構成において、射出瞳一つに対応する要素画像表示用画素を２領域２分割、図５に示す視域２５Ｌ２、２５Ｒ２に相当する部分が視域になるように図５に示す視域２５１の両側に隣接した８画素に、おのおのの要素画像を配分した。これによって、発生した二つの視域幅はＶＷ／２＝１３０ｍｍと、両眼間隔より十分広く、二人の観察者が視距離７００ｍｍにおいて、ディスプレイの正面から左右１５．６度の方向を中心に水平方向に１３０ｍｍの範囲で個別の三次元画像が観察できるようになった。また、比較例１に比べて光線射出角度（視差を担う光線の射出する間隔）が狭く、三次元画像が表示可能な奥行き方向の範囲は，三次元画像の空間周波数を３２０ｃｐｒとした場合に，比較例１の約２倍の±５．０ｃｍとなった（H. Hoshino et al.、 J. Opt. Soc. Am. A.、 15(8)、 2059 (1998).より算出）。
【００７２】
（比較例１）
実施例１と同様二次元画像表示装置を用い、図５の視域２５１の範囲で実施例１と同様に離れた二人の観察者が三次元画像を観察できるようにした。すなわち、視距離（Ｌ＝７００ｍｍ）においてディスプレイ中央に対峙した視域の中心から左右に５２０ｍｍ（＝ＶＷ）の範囲を視域とし、かつ、左右で２分割した２６０ｍｍの範囲でそれぞれ異なる三次元画像が観察できるように設計した。よって（２）式より、
ｇ＝７００×（０．０４４×１６）／５２０
＝０．９５［ｍｍ］
となり、液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップｇｓ（＝０．８ｍｍ）を差し引いた場合、ＰＭＭＡから成るレンチキュラーシートの厚みｇｒは（３）式より、
ｇｒ＝（０．９−０．８／１．５）×１．５）
＝０．６２［ｍｍ］
とした。簡易的に、ガラス〜偏光板の平均屈折率（ｎ１）、ＰＭＭＡの屈折率（ｎ２）は両方とも１．５とした。また、レンズピッチｐｅは、要素画像表示用サブピクセル水平数Ｎｖが１６の多眼式設計を採択した。よって、（４）式より、
ｐｅ＝０．０４４×１６×７００／（７００＋０．９）
＝０．７０３［ｍｍ］
と、サブピクセルピッチ（＝０．０４４ｍｍ）の１６倍（＝０．７０４［ｍｍ］）より０．１４％狭く設計した。
【００７３】
以上の構成において、射出瞳ひとつに対応する要素画像表示用画素を２領域２分割、図５に示す視域２５１に相当する部分が視域になるように、８画素×２領域に、おのおのの要素画像を配分した。これによって、従来の視域２５１を２分割した視域幅はＶＷ／２＝２６０ｍｍと、両眼間隔より十分広くい範囲で個別の三次元画像が観察できるようになった。
【００７４】
ところが、実施例１に比べて光線射出角度が大きいことから、三次元画像が表示可能な奥行き方向の範囲は，三次元画像の空間周波数を３２０ｃｐｒとした場合に、実施例１の約１／２の±２．５ｃｍとなった（H. Hoshino et al.、 J. Opt. Soc. Am. A.、 15(8)、 2059 (1998).より算出）。
【００７５】
（実施例２）
本実施例においては、図１における二次元画像表示装置２は液晶表示装置であって、その前面に光線制御子３が設けられ、後面にバックライト（図示せず）を設けた構成となっている。具体的には、液晶表示装置として、ＵＸＧＡ−ＬＣＤパネル（製品名：Ｉｎｓｐｉｒｏｎ  ８５００）、画素数１９２０×１２００、画面サイズ３３１．２ｍｍ×２０７ｍｍ）を使用した。ピクセルサイズは１７２．５μｍ×１７２．５μｍの正方形で、赤、緑、青色の各サブピクセルの水平幅は５７．５μｍ、垂直幅は１２．５μｍ、サブピクセルは独立して駆動可能である。通常の二次元画像表示装置２では、横に並んだ赤、緑、青色の３つのサブピクセルで１つのピクセルを構成するが、ここではこの制約を解いて用いた。カラーフィルタ配列はモザイク配列とした。
【００７６】
光線制御子３としては、液晶パネルの画素位置が略焦点距離になるように設計したレンチキュラーシートを用いた。すなわち、水平方向にのみ視差情報を付与することが可能である。視距離Ｌを８７５ｍｍにおいて従来の視域幅ＶＷ（図５に示す２５１）を６００ｍｍとするために、（２）式よりギャップｇは、
ｇ＝８７５×（０．０５７５×９）／６００
＝０．７５［ｍｍ］
とした。具体的には、液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップｇｓ（＝０．７ｍｍ）を差し引いて、ＰＭＭＡから成るレンチキュラーシートの厚みｇｒを（３）式から、
ｇｒ＝（０．７５−０．７／１．５）×１．５
＝０．４３［ｍｍ］
とした。簡易的に、ガラス〜偏光板の平均屈折率（ｎ１）、ＰＭＭＡの屈折率（ｎ２）は両方とも１．５とした。レンズ表面の曲率は、球面収差が原因で発生する焦点深度の変化を吸収することを目的に、液晶ディスプレイのカラーフィルタ部分より若干内側に焦点が合うように定めた。また、レンズピッチｐｅは要素画像表示用サブピクセル水平数Ｎｖが８の多眼式設計を採択し、（４）式から、
ｐｅ＝０．０５７５×９×８７５／（８７５＋０．７５）
＝０．５１７［ｍｍ］
と、サブピクセルピッチ（＝０．０５７５ｍｍ）の９倍（＝０．５１７５［ｍｍ］）より０．０８％狭く設計した。これによって、視距離面において集光点が発生するとともに、視域幅ＶＷは最大化される。
【００７７】
以上の構成において、射出瞳ひとつに対応する要素画像表示用画素を２領域２分割、図５に示す視域２５Ｌ２、２５Ｒ２に相当する部分が視域になるように従来の要素画像に隣接した両側の８画素に、おのおのの要素画像を配分した。これによって、発生した二つの視域幅はＶＷ／２＝３００ｍｍと、両眼間隔より十分広く、本ディスプレイをカーナビゲーションシステムとして用いた場合に、運転席と助手席の二人の観察者がシートに座った状態の視距離８７５ｍｍにおいて（ディスプレイの正面から左右２３．１度の方向）、水平方向に３００ｍｍの範囲で三次元画像が観察できるが、後述する比較例２に比べて光線密度が低いことから、三次元画像が表示可能な奥行き方向の範囲は，三次元画像の空間周波数を３２０ｃｐｒとした場合に、±２．０ｃｍとなった（H. Hoshino et al.、 J. Opt. Soc. Am. A.、 15(8)、 2059 (1998).より算出）。これとともに、三次元画像の水平方向の解像度は６４０画素と、ＶＧＡ相当の表示に十分な解像度を確保できた。すなわち、レンズ効果を打ち消さずともそのまま２次元画像表示も可能な解像度となった。よって、カーナビゲーションシステム用のディスプレイとして十分な性能を確保することができた。
【００７８】
（比較例２）
実施例２と同様の二次元画像表示装置を用い、図５の視域２５１の範囲で実施例１と同様に離れた二人の観察者が三次元画像を観察できるようにした。すなわち、視距離（Ｌ＝８７５ｍｍ）においてディスプレイの正面から左右に１２００ｍｍ（＝ＶＷ）の範囲を視域とし運転席と助手席の二人を視域幅内にするとともに、左右で２分割した６００ｍｍの範囲でそれぞれ異なる三次元画像が観察できるように設計した。液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップ（＝０．７ｍｍ）を考慮しつつ、ＰＭＭＡから成るレンチキュラーシートの厚みを０．３ｍｍ以上確保することを目的に要素画像表示用水平画素数（水平視差数）を定めた。簡易的に、ガラス〜偏光板の平均屈折率（ｎ１）、ＰＭＭＡの屈折率（ｎ２）は両方とも１．５として、（３）式より、
ｇ＝ｇｒ／ｎ２＋ｇｓ／ｎ１                         ・・・（５）
＝（０．３＋０．７）／１．５
＝０．６７［ｍｍ］
よって、水平視差数Ｎｖは、要素画像表示用画素群１３の幅Ｐから求めることができる。すなわち、
Ｐ＝ｇ×ＶＷ／Ｌ                                   ・・・（６）
＝０．６７×１２００／８７５
＝０．１５２［ｍｍ］
Ｎｖ＝Ｐ／ｐｐ                                     ・・・（７）
＝０．１５２／０．０５７５
〜１６［サブピクセル］
すなわち、要素画像表示用サブピクセル数を水平方向に１６個にすることで、レンズ厚み０．３ｍｍ以上を確保しつつ、運転席と助手席の二人を視域幅内にすることができた。
【００７９】
この結果、実施例２に比べて光線密度が向上したために、，三次元画像の空間周波数を３２０ｃｐｒとした場合の三次元画像が表示可能な奥行き方向の範囲こそ実施例２と同等の±２．０ｃｍとなった（H. Hoshino et al.、 J. Opt. Soc. Am. A.、 15(8)、 2059 (1998).より算出）が、三次元画像の水平方向の解像度は３６０画素と非常に低く、カーナビ用のコンテンツ表示には適さなかった。
【００８０】
（実施例３）
実施例２と同様の三次元画像表示装置を平置きに配置し、２辺ある長辺に向かい合って位置する２人の観察者を視域内に包含するように（図１１（ｂ）参照）、垂直方向の視域分割を行なった。
【００８１】
ディスプレイを平置きにして対峙する二人の観察者を想定した場合の視距離Ｌ（＝３５０ｍｍ）においてディスプレイの正面から３０．７度の方向を中心に垂直方向に１８５ｍｍの範囲で各々の画像が観察できるように、図５に示す視域２５１の視域幅ＶＷが３７０ｍｍとなるように設計した。このとき、液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップ（＝０．７ｍｍ）を考慮しつつ、ＰＭＭＡから成るレンチキュラーシートの厚みを０．３ｍｍ以上確保することを目的に要素画像表示用垂直画素数（垂直視差数）を定めた。簡易的に、ガラス〜偏光板の平均屈折率、ＰＭＭＡの屈折率は全て１．５として、垂直視差数を求めた。（５）、（６）式より、
Ｎｖ＝（０．３＋０．７）／１．５×３７０／３５０／０．１７２５
〜４［ピクセル］
すなわち、垂直方向の要素画像表示用ピクセル数を４個にすることで、レンズ厚み０．３ｍｍ以上を確保しつつ、ディスプレイを平置きにして対峙する二人の観察者を視域幅内にすることができた。より詳細には、垂直方向に多眼式の設計を採用、観察者から見て水平方向に非レンズ方向が位置する、垂直方向のレンズピッチｐｅは（４）式より、
ｐｅ＝０．１７２５×４×３５０／（３５０＋０．６７）
＝０．６８９［ｍｍ］
とした。この結果、平置きにした三次元画像表示装置をはさんで位置する二人の観察者に、それぞれ個別の画像を見せることができた。
【００８２】
この二人の観察者が見る画像は、水平方向に視差を与えれば三次元画像に、与えなければ二次元画像になる。三次元画像の場合、水平、垂直方向ともに視差をレンズで与える場合は、レンズアレイを用いることができる。また、水平方向のみレンズ、垂直方向をスリットにすることで、より安価にこの構成が実現できる。
【００８３】
（実施例４）
実施例１と同様の二次元画像表示装置を用い、図５の視域２５Ｌ２、２５Ｒ２の範囲で１人の観察者が両眼で観察できるようにした。すなわち、視距離Ｌ（＝７００ｍｍ）においてディスプレイの正面から左右に２．５８度の方向を中心に水平方向に２１ｍｍの範囲で三次元画像が観察できるように、図５における視域２５１の視域幅ＶＷが４２ｍｍとなるように設計した（図１８参照）。すなわち、この二つの視域の中心は、両眼間隔（６３ｍｍ）に一致する。このとき（２）式より、
ｇ＝７００×（０．０４４×１６）／４２
＝１１．７［ｍｍ］
となり、具体的には、液晶ディスプレイのガラス〜偏光板までのギャップｇｓ（＝０．８ｍｍ）を差し引いて、ＰＭＭＡから成るレンチキュラーシートの厚みｇｒは（３）式より、
ｇｒ＝（１１．７−０．８／１．５）×１．５
＝１６．８［ｍｍ］
となった。ここで、ガラス〜偏光板の平均屈折率（ｎ１）、ＰＭＭＡの屈折率（ｎ２）は全て１．５とした。１６．８ｍｍというレンズ厚みによって球面収差を抑えることが可能なため、この方式で観察できる三次元画像は非常にクリアで、また、光線密度が非常に高いことから，三次元画像の空間周波数を３２０ｃｐｒとした場合の三次元画像が表示可能な奥行き方向の範囲は、手前に２０ｃｍ、奥行き方向に５０ｃｍと著しく増大した（H.Hoshino et al.、 J. Opt. Soc. Am. A.、 15(8)、 2059 (1998).より算出）。
【００８４】
一方、観察可能範囲が左右に２１ｍｍと非常に限られていることから、光学的な手法によるヘッドトラッキングと組み合わせて用いるか、もしくは観察位置を固定するために覗き窓を設ける必要が発生した。
【００８５】
本実施例における三次元画像表示方式は、インテグラル・イメージング方式、または他眼方式のいずれでも良い。インテグラル・イメージング方式を採用する場合は、視距離Ｌにおいて視域幅ＶＷを最大にするためには、図５における視域２５１の定義で、要素画像表示用画素群の水平画素数を主に１６画素とし、離散的に１７画素の水平画素数からなる要素画像表示用画素群を発生させる必要がある（特許文献１参照）。その頻度（１６画素からなる要素画像ｎ個に対して、１７個から成る要素画像１個が発生する）は次の式で決まる。
Ｐｅ：Ｐ＝Ｌ：（Ｌ＋ｇ）                           ・・・（８）
＝７００：７１１．７
また、
（（ｎ−１）×１６＋１７）／（１６×ｎ）
＝Ｐ／Ｐｅ
＝（Ｌ＋ｇ）／Ｌ
＝７１１．７／７００
したがって、ｎ＝３．７となる。
【００８６】
ｐｅはｐｐ×１６（＝０．７０４［ｍｍ］）のまま、１７個から成る要素画像を離散的に発生させることにより、Ｐ＞ｐｅとなり、視距離Ｌにおける視域幅が最大化される。一方、多眼式を採用する場合、Ｐが全てｐｐ×１６（＝０．７０４［ｍｍ］）となり、光線制御子の水平ピッチｐｅは（４）式より、
ｐｅ＝０．６９２［ｍｍ］  
と、要素画像幅Pより１．６５％狭く設計することで、Ｐ＞ｐｅとなり、視距離Ｌにおける視域幅が最大化される。
【００８７】
（実施例５）
実施例４と同様の構成において、図５の視域２５Ｌ２、２５Ｒ２に相当するように二つに分割された要素画像表示用画素群のうち、観察者からみて射出瞳に対して左に位置する要素画像表示用画素群に、右目位置から取得した二次元画像を、右に位置する要素画像表示用画素群に、左目位置から取得した二次元画像を表示し、かつ、水平方向に８（もしくは９）ある分割後の画素群の全てに同一視差情報を表示（視差を与えない）した。これによって、２眼式のコンテンツを利用した立体視が可能になった。
【００８８】
以上説明したように、本発明の一実施形態による画像表示装置は、二次元的に複数の画素が配列された二次元画像表示装置と、複数の射出瞳を有し、前記画素からの光線方向を制御することにより前記画素に表示された画像情報が観察される領域を画素ごとに異ならせる光線制御子とを備え、前記射出瞳一つに複数の画素からなる要素画像表示用画素群が対応しており、各画素が前記射出瞳を経由して観察される位置に応じた画像情報が各要素画像表示用画素に表示され、前記要素画像表示用画素群が二つ以上の領域に分離して設けられているように構成されている。
【００８９】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＮ（Ｎ：自然数）個とした場合に、Ｎ画素に表示される画像情報には視差が与られず、かつ前記射出瞳を経由して観察者が同時に観察できる範囲をＮ画素の幅に略一致させることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像を見るように構成してもよい。
【００９０】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個とした場合に、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られ、かつ射出瞳を経由して観察者が同時に観察できる範囲を、同一の視差情報が表示された画素、または画素群の幅に略一致させることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の三次元画像を見るように構成してもよい。
【００９１】
なお、分離された方向の構成画素数をそれぞれ異なる画素数として、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像表示、又は三次元画像表示をする構成にしてもよい。
【００９２】
なお、前記要素画像表示用画素群の分離された方向の構成画素数をＭ個（Ｍ：２以上の自然数）とした場合に、ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られず、ある要素画像表示用画素群については、Ｍ画素に表示される画像情報に視差が与られ、かつ前記射出瞳を経由して観察者が同時に観察できる範囲を、視差が与えられたほうの要素画像表示用画素群の、同一の視差情報が表示された画素、または画素群の幅に略一致させることにより、前記要素画像表示用画素群が二つ以上に分離されたために二つ以上に分離された視域において、それぞれの要素画像表示用画素群に表示された画像情報に応じた個別の二次元画像と個別の三次元画像を見るように構成してもよい。
【００９３】
なお、二つの視域が前記観察者の両目の位置に配置されるように構成してもよい。
【００９４】
なお、前記観察者の位置を検出し、二つの視域を移動する観察者の両目の位置に対応するように要素画像の位置を移動させることにより、実質的な視域を拡大するように構成してもよい。
【００９５】
なお、二つ以上の視域が、二人以上の観察者の位置に配置されるように構成してもよい。
【００９６】
なお、前記画像表示装置の表示面が水平に設置されており、この画像表示装置を挟んで相対する二人以上の観察者の位置が視域になるように前記要素画像表示用画素群がマッピングされるように構成してもよい。
【００９７】
なお、表示方式として多眼式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、水平または垂直の分離された方向の画素数が、nを自然数とした場合に、Ｍ＝nであるように構成してもよい。
【００９８】
なお、表示方式としてインテグラル・イメージング方式が採択され、前記射出瞳一つに対応する前記要素画像表示用画素群の、水平または垂直の分離された方向の画素数が、nを自然数とした場合に、Ｍ＝n、またはＭ＝（n＋１）であるように構成してもよい。
【００９９】
なお、三次元立体視を実現するために観察者に対して水平方向にのみ視差情報が与えられ、水平に置かれた画像表示装置を挟んで相対する二人に視域を振り分けるため、もしくは垂直方向に視差を与えるために、前記要素画像表示用画素群の水平方向垂直方向の分離された方向の構成画素数については、ｍを自然数とした場合にＭ＝ｍであるように構成してもよい。
【０１００】
射出瞳が水平方向（第一の軸方向）には周期的に設置され、垂直方向（第二の軸方向）に延びている場合について説明したが、第ニの軸方向が第一の軸方向に完全に直交しない略第二の軸方向である場合においても、要素画像の分離方向は第一の軸方向であるので、第一の方向の断面で考える限り、適用できる。
【０１０１】
また、ここで説明する画素は１ピクセルまたは１サブピクセルといった最小単位を仮定して説明しているが、複数ピクセルまたは複数サブピクセルを最小単位とした場合も、当然適用できる。
【０１０２】
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、二次元または三次元画像表示装置において離間した視域を設けてそれぞれに個別の二次元または三次元画像を表示することができるとともに、視域の間に無駄な光線を発生させないことが可能となり全ての画素情報を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の視域を分割した三次元画像表示方法と、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図２】従来の視域の分割方法を示す図。
【図３】従来の視域を拡大する方法を示す図。
【図４】従来の視域と、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図５】本発明の三次元空間画像表示装置における視域の複数の例を示す図。
【図６】従来の三次元空間画像表示装置における、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図７】本発明の三次元空間画像表示装置における、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図８】本発明の三次元空間画像表示装置における、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図９】本発明の三次元空間画像表示装置における、要素画像表示用画素位置を示す図。
【図１０】従来の三次元画像表示装置における要素画像表示用画素位置を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置における要素画像表示用画素位置を示す図。
【図１２】本発明の三次元画像表示装置における要素画像表示用画素位置を示す図。
【図１３】図８の要素画像表示用位置を採用した場合の視域を示す図。
【図１４】カーナビゲーションシステムにおける三次元画像表示装置の視域を示す図。
【図１５】本発明の構成を採用することによる利点を説明する図。
【図１６】本発明の三次元画像表示装置において、遮光板を用いて偽像を防ぐ構造を説明するための図。
【図１７】本発明の三次元画像表示装置において、マイクロポールを用いて偽像を防ぐ構造を説明するための図。
【図１８】本発明の三次元画像表示装置において、1人の観察者の両眼に相当する領域を視域にするべく視域を分割した模様を説明するための図。
【図１９】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置における要素画像表示用画素位置を示す図。
【符号の説明】
【０１０４】
１  三次元画像表示装置
２  二次元画像表示装置
３  光線制御子
５  視距離面
７  最左端の射出瞳から射出する光線群が満たす領域
８  最右端の射出瞳から射出する光線群が満たす領域
９  視域
１１  画素
１３  単一の射出瞳に対応した要素画像表示用画素群
【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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