(57)【要約】【課題】立体像と二次元画像とを切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置１は、点光源Ｌを二次元平面上に配列した点光源アレイ１１と、点光源Ｌに対応して、光を透過させる光透過領域Ｐを、光を拡散させる光拡散領域Ｄに対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散板１２と、点光源Ｌをバックライトとして、立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または二次元画像を表示するとともに、光透過領域Ｐを透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示パネル１３と、点光源Ｌの点灯および消灯を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図２
2019086710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、
点光源を二次元平面上に配列した発光手段と、
前記点光源に対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、
前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、
前記点光源の点灯および消灯を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記表示手段に前記要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、前記要素画像群の表示領域において、前記光透過領域に対応する点光源を点灯させるとともに前記光拡散領域に対応する点光源を消灯させ、
前記表示手段に前記二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、前記二次元画像の表示領域において、前記光拡散領域に対応する点光源を点灯させるとともに、前記光透過領域に対応する点光源を消灯させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記透過・拡散手段を複数離間して備え、
前記表示手段に最も近い前記透過・拡散手段の前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に前記表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記透過・拡散手段のパターンとして、水平方向および垂直方向に、前記点光源に対応して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記透過・拡散手段のパターンは、水平方向または垂直方向に、前記点光源に対して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、
予め定めたパターン画像を投影する投影手段と、前記投影手段で投影されたパターン画像の光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記平行光から疑似的な点光源を生成するレンズを二次元平面上に配列したレンズアレイと、を備えた発光手段と、
前記レンズに対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、
前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、
前記パターン画像の切り替えを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記表示手段に前記要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、前記要素画像群の表示領域において、前記光拡散領域へ照射する光をマスクした画像を前記パターン画像として、前記投影手段に投影させ、
前記表示手段に前記二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、前記二次元画像の表示領域において、前記光透過領域へ照射する光をマスクした画像を前記パターン画像として、前記投影手段に投影させることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像と二次元画像とを表示可能な画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３Ｄメガネを用いた二眼立体方式を始めとして、多種多様な立体像表示技術が提案されている。なかでも、インテグラル方式は、特殊なメガネが不要で、水平および垂直に視差を有する自然な立体像を再生可能であることから、将来の多様な立体アプリケーションへの応用が期待されている。一般的に、インテグラル方式は、要素レンズで構成されたレンズアレイを表示パネルの前面、または、点光源で構成された点光源アレイを表示パネルの背面に設置して、要素レンズまたは点光源に対応する表示パネルの位置に要素画像を表示することで、観察者に立体像を視認させることができる。
今後、多様な映像コンテンツを表示するためには、インテグラル方式の立体像の表示（以下、３Ｄ表示）だけでなく、高精細な二次元画像の表示（以下、２Ｄ表示）も可能であることが望ましい。
【０００３】
このような背景から、点光源アレイを用いたインテグラル方式において、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える方法が提案されている（非特許文献１，２参照）。
非特許文献１に記載の方法は、図１６に示すように、光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal；高分子分散型液晶）１０３と、レンズアレイ１０４と、表示パネル１０５と、を備える画像表示装置１００Ａで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える。
図１６（ａ）に示すように、画像表示装置１００Ａは、３Ｄ表示を行う場合、電圧制御により光の透過／拡散を制御可能なＰＤＬＣ１０３を光が透過するように制御し、表示パネル１０５に要素画像ｅを表示する。
これによって、画像表示装置１００Ａは、光源１０１の光をコリメータレンズ１０２により平行光に変換し、ＰＤＬＣ１０３を透過させる。そして、画像表示装置１００Ａは、レンズアレイ１０４ごとに、平行光を集光させて集光位置Ｌｏに点光源となる光を生成し、表示パネル１０５に投射することで、観察者Ｍに立体像を視認させることができる。
【０００４】
一方、図１６（ｂ）に示すように、画像表示装置１００Ａは、２Ｄ表示を行う場合、ＰＤＬＣ１０３を光が拡散するように制御し、表示パネル１０５に二次元画像Ｇを表示する。これによって、画像表示装置１００Ａは、拡散光を表示パネル１０５に照射することができ、表示パネル１０５に表示した二次元画像Ｇを観察者Ｍに視認させることができる。
【０００５】
非特許文献２に記載の方法は、図１７に示すように、２層構造のＬＥＤアレイ１１１と、開口部を有する拡散板１１２と、レンズアレイ１１３と、表示パネル１１４と、を備える画像表示装置１００Ｂで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える。
図１７（ａ）に示すように、画像表示装置１００Ｂは、３Ｄ表示を行う場合、ＬＥＤアレイ１１１の拡散板１１２の開口部にほぼ接する層のＬＥＤを発光させ、表示パネル１１４に要素画像ｅを表示する。
これによって、画像表示装置１００Ｂは、拡散板１１２の開口部を通過した光を、レンズアレイ１１３ごとに集光させて集光位置Ｌｏに点光源となる光を生成し、表示パネル１１４に投射することで、観察者Ｍに立体像を視認させることができる。
【０００６】
一方、図１７（ｂ）に示すように、画像表示装置１００Ｂは、２Ｄ表示を行う場合、ＬＥＤアレイ１１１の拡散板１１２の拡散部に対応する層のＬＥＤを発光させ、表示パネル１１４に二次元画像Ｇを表示する。これによって、画像表示装置１００Ｂは、拡散光を表示パネル１１４に照射することができ、表示パネル１１４に表示した二次元画像Ｇを観察者Ｍに視認させることができる。なお、図１７では、ＬＥＤアレイ１１１の点灯を白、消灯を黒で示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jae-Hyeung Park, Hak-Rin Kim, Yunhee Kim, Joohwan Kim, Jisoo Hong, Sin-Doo Lee, and Byoungho Lee, “Depth-enhanced three-dimensional-two-dimensional convertible display based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS, vol.29, No.23, pp.2734-2736, December 1, 2004.
【非特許文献２】Seong-Woo Cho, Jae-Hyeung Park, Yunhee Kim, Heejin Choi, Joohwan Kim, and Byoungho Lee, “Convertible two-dimensional-three-dimensional display using an LED array based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS, Vol.31, No.19, pp.2852-2854, October 1, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、非特許文献１に記載の方法は、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替えるために、電気的に光の透過／拡散を制御するＰＤＬＣの層を備える必要があり、装置構成が複雑になるという問題がある。
また、非特許文献２に記載の方法は、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替えるために、表示パネルからの距離が異なる２層構造のＬＥＤアレイを備える必要があり、装置構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
さらに、多様な映像コンテンツとして、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを部分的に混在させて表示させることが考えられる。
しかし、非特許文献１に記載の方法は、ＰＤＬＣによって入力光全体を透過／拡散することしか制御できない。また、非特許文献２に記載の方法は、１つのＬＥＤの光をレンズアレイの複数のレンズに投射している。
そのため、非特許文献１，２に記載の方法は、３Ｄ表示または２Ｄ表示を画面全体で切り替えることしかできない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替えるとともに、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを部分的に混在させて表示することが可能な画像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、点光源を二次元平面上に配列した発光手段と、前記点光源に対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、前記点光源の点灯および消灯を制御する制御手段と、を備える構成とした。
【００１２】
かかる構成において、画像表示装置は、表示手段に要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、制御手段によって、要素画像群の表示領域において、光透過領域に対応する点光源を点灯させるとともに光拡散領域に対応する点光源を消灯させる。これによって、光透過領域を透過した光が点光源として要素画像群の個々の要素画像を照射するため、画像表示装置は、観察者に立体像を視認させることができる。
【００１３】
また、画像表示装置は、表示手段に二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、制御手段によって、二次元画像の表示領域において、光拡散領域に対応する点光源を点灯させるとともに、光透過領域に対応する点光源を消灯させる。これによって、光拡散領域で拡散された拡散光が二次元画像を表示した表示手段を背面から照射することで、画像表示装置は、観察者に二次元画像を視認させることができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、予め定めたパターン画像を投影する投影手段と、前記投影手段で投影されたパターン画像の光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記平行光から疑似的な点光源を生成するレンズを二次元平面上に配列したレンズアレイと、を備えた発光手段と、前記レンズに対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、前記パターン画像の切り替えを制御する制御手段と、を備える構成とした。
【００１５】
かかる構成において、画像表示装置は、表示手段に要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、制御手段によって、要素画像群の表示領域において、光拡散領域へ照射する光をマスクした画像をパターン画像として投影手段に投影させる。これによって、光透過領域にのみ光が照射され、画像表示装置は、光透過領域に対応した要素画像によって、観察者に立体像を視認させることができる。
【００１６】
また、画像表示装置は、表示手段に二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、制御手段によって、二次元画像の表示領域において、光透過領域へ照射する光をマスクした画像をパターン画像として投影手段に投影させる。これによって、光拡散領域にのみ光が照射され、拡散された拡散光が二次元画像を表示した表示手段を背面から照射することで、画像表示装置は、観察者に二次元画像を視認させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、表示手段に照射する点光源の光を個別に制御するだけの簡易な構成で、立体像と二次元画像とを切り替えて表示することができる。
また、本発明によれば、個別に点光源を制御することができるため、部分的に立体像と二次元画像とを混在させて表示することもできる。
これによって、本発明は、１つの装置で、多様な映像コンテンツを提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る画像表示装置の概要を説明するための装置外観の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の透過・拡散板の光透過領域と光拡散領域の例を示すパターン図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の表示部の配置例を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の３Ｄ表示と２Ｄ表示との切り替え動作を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置で立体像（要素画像群）と二次元画像とを領域別に混在して表示する例を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の３Ｄ表示と２Ｄ表示との切り替え動作を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の透過・拡散板の光透過領域と光拡散領域の例を示すパターン図であって、（ａ）は水平方向、垂直方向ともに光透過領域を点光源に対して２個置きに配置した例、（ｂ）は水平方向に、光透過領域を点光源に対して２個置きに配置し、垂直方向に、光透過領域を点光源ごとに配置した例を示す。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す構成図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の投影手段が投影するパターン画像を説明するための図であって、（ａ）は透過・拡散板のパターン、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、３Ｄ表示および２Ｄ表示を行うためのパターン画像である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の３Ｄ表示と２Ｄ表示との切り替え動作を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。
【図１６】従来の画像表示装置の例を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。
【図１７】従来の画像表示装置の他の例を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔画像表示装置の概要〕
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１の概要について説明する。
画像表示装置１は、立体像Ｉ３Ｄと二次元画像Ｉ２Ｄとを切り替えて表示するものである。図１に示すように、画像表示装置１は、表示部１０と、制御部２０と、を備える。
【００２０】
表示部１０は、画像（立体像Ｉ３Ｄ、二次元画像Ｉ２Ｄ）を表示するものである。なお、表示部１０は、立体像Ｉ３Ｄについては、インテグラル方式の要素画像群を表示することで、観察者Ｍに立体像Ｉ３Ｄを視認させる。一方、表示部１０は、二次元画像Ｉ２Ｄについては、画面上に二次元画像そのものを表示する。
【００２１】
制御部２０は、表示部１０における立体像Ｉ３Ｄの表示と、二次元画像Ｉ２Ｄの表示とを切り替える制御を行うものである。
なお、画像表示装置１は、立体像Ｉ３Ｄと二次元画像Ｉ２Ｄとの切り替えを画面全体で行うことも可能であるし、画面の領域別に立体像Ｉ３Ｄと二次元画像Ｉ２Ｄとを混在させることも可能である。
以下、画像表示装置１の構成について詳細に説明する。
【００２２】
〔画像表示装置の構成〕
次に、図２，図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１の構成について説明する。図２は、図１に示した画像表示装置１の符号Ａで示す領域を透視した表示部１０の構成を示す側面図である。図３は、画像表示装置１の制御部２０の構成を示すブロック構成図である。
【００２３】
まず、図２を参照して、表示部１０の構成について説明する。
図２に示すように、表示部１０は、点光源アレイ１１と、透過・拡散板１２と、表示パネル１３と、を備える。
【００２４】
点光源アレイ（発光手段）１１は、点光源Ｌとなる微小な発光素子（例えば、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を二次元平面上に配列したものである。点光源Ｌの発光領域の大きさは、後記する表示パネル１３である空間光変調器の１画素以下であることが好ましい。なお、平行光源とレンズアレイとにより疑似的に点光源アレイを構成することとしてもよい。
個々の点光源Ｌは、点灯時に、予め定めた配光角で透過・拡散板１２を照射する。なお、点光源Ｌの点消灯は、制御部２０（図１）により制御される。
【００２５】
透過・拡散板（透過・拡散手段）１２は、点光源アレイ１１の光を部分的に透過、拡散させるものである。この透過・拡散板１２は、光を透過させる光透過領域Ｐを、光を拡散させる光拡散領域Ｄに対して予め定めたパターンで配置している。
例えば、透過・拡散板１２は、図４に示すように、二次元平面上に配列した点光源アレイ１１のそれぞれの点光源Ｌに対して、水平方向および垂直方向のそれぞれに、１つ置きに光透過領域Ｐと光拡散領域Ｄとなるようなパターンを有している。
点光源ＬＰを点灯した場合、その光は、光透過領域Ｐを透過して表示パネル１３に照射される。また、点光源ＬＤを点灯した場合、その光は、光拡散領域Ｄで拡散して表示パネル１３に照射される。
【００２６】
この透過・拡散板１２には、ガラス板等の光学素子の一部に拡散加工処理を行ったものを使用することができる。例えば、拡散加工処理には、マイクロブラスト加工法、エッチング法、印刷法等を用いることができる。なお、光拡散領域Ｄにおける拡散度はより高い方が望ましく、例えば、ヘイズ（全光線透過光に対する拡散透過光の割合）が７０％以上であることが望ましい。また、透過・拡散板１２には、光の反射や映り込みを防止するため、反射防止膜（ＡＲ〔Anti Reflection〕コート）をコーティングしておくことが望ましい。
なお、透過・拡散板１２には、拡散板や拡散フィルムに対して、部分的に領域を切り取り、切り取った部分を光透過領域Ｐとしてもよい。
【００２７】
表示パネル（表示手段）１３は、点光源アレイ１１からの光をバックライトとして、画像を表示するものである。この表示パネル１３には、空間光変調器（例えば、透過型液晶パネル）を用いることができる。
この表示パネル１３は、立体像を表示する場合、制御部２０を介して、インテグラル方式の要素画像群を表示する。また、表示パネル１３は、二次元画像を表示する場合、制御部２０を介して、二次元画像そのものを表示する。この表示パネル１３が表示する画像は、静止画像であってもいし、複数の画像が連続する動画像であってもよい。
なお、点光源アレイ１１、透過・拡散板１２および表示パネル１３の具体的な配置例については、後で詳細に説明する。
【００２８】
次に、図３を参照して、制御部（制御手段）２０の構成について説明する。
図３に示すように、制御部２０は、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１と、３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２と、点光源点消灯手段２３と、を備える。
【００２９】
３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１は、インテグラル方式の要素画像群または二次元画像を入力し、表示パネル１３に表示するものである。この３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１は、図示を省略した信号線を介して、表示パネル１３と接続され、外部のディスク装置や、通信回線を介して入力される要素画像群（３Ｄ表示）または二次元画像（２Ｄ表示）を表示パネル１３に出力する。
【００３０】
３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２は、図示を省略したスイッチや、通信回線を介して、３Ｄ表示と２Ｄ表示との表示方式の切替指示を入力するものである。この３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２は、指示された表示方式を点光源点消灯手段２３に出力する。
【００３１】
点光源点消灯手段２３は、３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２から入力される表示方式に応じて、点光源アレイ１１の各点光源の点灯および消灯を行うものである。この点光源点消灯手段２３は、図示を省略した信号線を介して、点光源アレイ１１に接続され、各点光源の点灯および消灯を行う。
【００３２】
点光源点消灯手段２３は、３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２から入力される表示方式が３Ｄ表示である場合、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰ（図４参照）を点灯させ、光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤ（図４参照）を消灯させる。
また、点光源点消灯手段２３は、３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２から入力される表示方式が２Ｄ表示である場合、透過・拡散板１２の光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤ（図４参照）を点灯させ、光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰ（図４参照）を消灯させる。
【００３３】
以上説明したように画像表示装置１を構成することで、画像表示装置１は、点光源アレイ１１の点光源Ｌを点灯または消灯だけの簡易な構成で、立体像と二次元画像とを切り替えて表示することができる。
【００３４】
（配置位置）
次に、図５を参照して、画像表示装置１の表示部１０におけるそれぞれの部材の最適な配置位置について説明する。まず、点光源アレイ１１と表示パネル１３との距離について説明する。
インテグラル方式の要素画像群（要素画像ｅ，ｅ，…）を表示パネル１３に表示する場合、点光源ＬＰから射出された光は、表示パネル１３に到達したときの広がり（幅ｗｅ）が表示パネル１３を隙間なく照射することで、表示パネル１３の画素を有効に活用することができる。そのうえで、幅ｗｅの重なりが可能な限り小さくなるように表示パネル１３を配置することで、点光源ＬＰの光量を有効に活用することができる。
【００３５】
透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰの配光角をθＰ、点光源ＬＰの間隔をｐＬとしたとき、点光源アレイ１１と表示パネル１３との最適な距離ｇは、以下の式（１）で表すことができる。
【００３６】
【数１】
2019086710.tif 000003
【００３７】
次に、点光源アレイ１１と透過・拡散板１２との距離について説明する。
点光源アレイ１１と透過・拡散板１２との距離は、点光源アレイ１１の各点光源（ＬＤ，ＬＰ，…）から射出された光の広がりが交わらない範囲で最長とすることが、光拡散領域Ｄでより広い拡散範囲の光を表示パネル１３に照射することができるため望ましい。
【００３８】
透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰの配光角をθＰ、光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤの配光角をθＤ、点光源ＬＰの間隔をｐＬとしたとき、点光源アレイ１１と透過・拡散板１２との距離ｄは、以下の式（２）で表すことができる。
【００３９】
【数２】
2019086710.tif 000004
【００４０】
このとき、光透過領域Ｐの幅ｗｔは、以下の式（３）で表すことができる。
【００４１】
【数３】
2019086710.tif 000005
【００４２】
なお、点光源アレイ１１で、配光角が同じ点光源ＬＤと点光源ＬＰとを用いることとした場合、すなわち、θＰ＝θＤとした場合、前記式（２）の点光源アレイ１１と透過・拡散板１２との距離は、ｄ＝ｇ／２となる。
以上、表示部１０の構成の最適な配置位置について説明したが、必ずしもこの配置に限定されるものではない。例えば、要素画像ｅの大きさによって、幅ｗｅのすべての領域に光を照射する必要がなければ、距離ｇを短くしてもよい。また、透過・拡散板１２のパターンや点光源ＬＰの配光形状によって、幅ｗｅを重ねる必要があれば、距離ｇを長くしてもよい。
【００４３】
〔画像表示装置の動作〕
次に、図６を参照（適宜図１〜図３参照）して、本発明の実施形態に係る画像表示装置１における３Ｄ表示と２Ｄ表示との切り替え動作について説明する。
図６（ａ）に示すように、３Ｄ表示を行う場合、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２に３Ｄ表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段２３によって、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰのみを点灯させる。
そして、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１によって、要素画像群Ｅ（要素画像ｅ，ｅ，…）を、表示パネル１３に表示する。
これによって、点光源ＬＰから射出された光は、表示パネル１３に表示した要素画像ｅを背面から照射することになり、正面から表示パネル１３を観察する観察者Ｍは、インテグラル方式の立体像を視認することができる。
【００４４】
また、図６（ｂ）に示すように、２Ｄ表示を行う場合、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２に２Ｄ表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段２３によって、透過・拡散板１２の光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤのみを点灯させる。
そして、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１によって、二次元画像Ｇを、表示パネル１３に表示する。
これによって、点光源ＬＤから射出された光は拡散して、表示パネル１３に表示した二次元画像Ｇを背面から照射することになり、正面から表示パネル１３を観察する観察者Ｍは、二次元画像を視認することができる。
【００４５】
なお、ここでは、画像表示装置１は、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替えて、表示パネル１３の全面に３Ｄ表示または２Ｄ表示を行う例（全面表示）を説明した。しかし、画像表示装置１は、表示パネル１３の画面全体を区分した領域で、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを個別に表示（部分表示）させて混在させることも可能である。
【００４６】
ここで、図７を参照して、画像表示装置１において、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを領域別に区分して混在して行う方法を説明する。なお、図７では、制御部２０を省略している。
図７に示すように、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在させる場合、画像表示装置１は、表示パネル１３に要素画像群Ｅを表示する領域と、二次元画像Ｇを表示する領域とを区分し、それぞれの画像を混在させた画像を、表示パネル１３に表示する。
【００４７】
また、画像表示装置１は、要素画像群Ｅを表示する表示パネル１３の領域に対応する点光源アレイ１１の領域において、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰのみを点灯し、他は消灯する。
また、画像表示装置１は、二次元画像Ｇを表示する表示パネル１３の領域に対応する点光源アレイ１１の領域において、透過・拡散板１２の光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤのみを点灯し、他の点光源は消灯する。
【００４８】
なお、この場合、図２に示した制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１は、要素画像群Ｅと二次元画像Ｇとを領域別に混在させた画像を入力し、表示パネル１３に出力する。
また、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２は、切替指示として、表示方式が３Ｄ表示である領域と、表示方式が２Ｄ表示である領域とを入力する。そして、３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２は、領域別の表示方式を点光源点消灯手段２３に出力する。
【００４９】
そして、点光源点消灯手段２３は、表示方式が３Ｄ表示として指定された領域に対応する点光源アレイ１１の領域において、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰのみを点灯し、他の点光源は消灯する。
また、点光源点消灯手段２３は、表示方式が２Ｄ表示として指定された領域に対応する点光源アレイ１１の領域において、透過・拡散板１２の光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤのみを点灯し、他の点光源は消灯する。
【００５０】
これによって、画像表示装置１は、立体像と二次元画像とを混在させて観察者に視認させることができる。例えば、画像表示装置１は、人物、風景等の立体像と、それを説明する文字列を二次元画像とで、同じ画面で表示することができる。
以上、本発明の実施形態に係る画像表示装置１の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
〔変形例１〕
画像表示装置１では、点光源アレイ１１と表示パネル１３との間に、透過・拡散板１２を１つだけ配置した構成とした。
しかし、透過・拡散板１２は、点光源アレイ１１と表示パネル１３との間に、複数離間して配置してもよい。
【００５２】
ここで、図８を参照して、透過・拡散板１２を複数備えた画像表示装置１Ｂ（第２実施形態）について説明する。なお、図８では、透過・拡散板を２つ配置した表示部１０Ｂの例を示し、制御部２０は図示を省略している。
図８では、点光源アレイ１１と表示パネル１３との間に、２つの透過・拡散板１２Ａ，１２Ｂを備える。
図８の構成において、点光源アレイ１１と表示パネル１３との距離ｇは、図５で説明した距離（前記式（１））と同じである。
【００５３】
点光源アレイ１１と透過・拡散板１２Ａとの距離ｄ１は、光拡散領域Ｄにおける拡散光を次層の透過・拡散板１２Ｂに対してより広い範囲に照射させるため、可能な限り点光源アレイ１１に近い方が望ましい。
点光源アレイ１１と透過・拡散板１２Ｂとの距離ｄ２は、点光源アレイ１１の各点光源（ＬＤ，ＬＰ，…）から射出された光の広がりが透過・拡散板１２Ｂの光拡散領域Ｄと交わらない範囲で最長とすることが、光拡散領域Ｄでより広い拡散範囲の光を表示パネル１３に照射することができるため望ましい。
【００５４】
具体的には、光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰの配光角をθＰ、光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤの配光角をθＤ、光拡散領域Ｄの拡散角をφ、点光源ＬＰの間隔をｐＬとしたとき、点光源アレイ１１と透過・拡散板１２Ｂとの距離ｄ２は、以下の式（４）で表すことができる。
【００５５】
【数４】
2019086710.tif 000006
【００５６】
このとき、光透過領域Ｐの幅ｗｔは、以下の式（５）で表すことができる。
【００５７】
【数５】
2019086710.tif 000007
【００５８】
このように、画像表示装置１Ｂは、複数の透過・拡散板１２Ａ，１２Ｂを離間して配置することで、図９（ａ）に示すように、３Ｄ表示を行う場合、透過・拡散板１２Ｂが、図６（ａ）で説明した透過・拡散板１２と同じ機能となる。すなわち、点光源ＬＰから射出された光は、透過・拡散板１２Ｂの光透過領域Ｐを透過して、表示パネル１３に表示した要素画像ｅを背面から照射することで立体像を観察者に視認させることができる。
【００５９】
一方、図９（ｂ）に示すように、２Ｄ表示を行う場合、透過・拡散板１２Ａ，１２Ｂの光拡散領域Ｄに照射された光は、拡散を複数回（ここでは、２回）行うことになる。
これによって、画像表示装置１Ｂは、図６（ｂ）で説明したように透過・拡散板１２が単体の場合に比べて、より均一で拡散度の広い拡散光を表示パネル１３に照射することができ、二次元画像を表示パネル１３に表示したときに、視野角特性を向上させることができる。
【００６０】
なお、複数の透過・拡散板１２Ａ，１２Ｂを離間して配置する以外にも、図１０に示す画像表示装置１Ｃ（第３実施形態）のように、ガラス板等の厚みのある光学素材の両面に個別に光拡散領域Ｄとして、拡散加工処理を施した透過・拡散板１２Ｃを備えて表示部１０Ｃを構成してもよい。これによって、画像表示装置１Ｃは、２つの透過・拡散板１２Ａ，１２Ｂと等価な構成を１つの光学素子（透過・拡散板１２Ｃ）で実現することができる。
【００６１】
〔変形例２〕
画像表示装置１では、図４に示したように、透過・拡散板１２を、光透過領域Ｐと光拡散領域Ｄとを点光源Ｌに対して交互に配置したパターンとした。
しかし、透過・拡散板１２は、３Ｄ表示の立体表示特性に応じて、異なる配置パターンとしてもよい。
【００６２】
例えば、図１１に示すように、点光源アレイ１１の平面に対して、水平方向または垂直方向において、光透過領域Ｐを点光源Ｌに対して予め定めた数（ここでは、２個）だけ離間して配置した透過・拡散板１２Ｄとして構成した表示部１０Ｄを備えた画像表示装置１Ｄ（第４実施形態）としてもよい。
このとき、光透過領域Ｐに対応する点光源ＬＰの配光角をθＰ、光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤの配光角をθＤ、点光源ＬＰの間隔をｐＬとしたとき、点光源アレイ１１と表示パネル１３との最適な距離ｇは、前記式（１）で表すことができる。
さらに、光拡散領域Ｄに対応する点光源ＬＤの配光角をθＤとしたとき、点光源アレイ１１と透過・拡散板１２Ｄとの最適な距離ｄは、以下の式（６）で表すことができる。
【００６３】
【数６】
2019086710.tif 000008
【００６４】
なお、点光源アレイ１１で、配光角が同じ点光源ＬＤと点光源ＬＰとを用いることとした場合、すなわち、θＰ＝θＤとした場合、前記式（６）の点光源アレイ１１と透過・拡散板１２Ｄとの距離は、ｄ＝ｇ／３となる。
【００６５】
画像表示装置１Ｄは、例えば、図１２（ａ）に示すように、透過・拡散板１２Ｄのパターンとして、水平方向、垂直方向ともに光透過領域Ｐを点光源Ｌに対して２個置きに配置する。この場合、図４で説明した配置パターンに比べて、水平方向および垂直方向のそれぞれで、立体像の解像度が２／３に低下する代わりに、１要素画像の画素数を多くとることができるため、立体像の奥行き再現性能を１．５倍に向上させることができる。
【００６６】
また、画像表示装置１Ｄは、例えば、図１２（ｂ）に示すように、透過・拡散板１２Ｄのパターンとして、水平方向には、光透過領域Ｐを点光源Ｌに対して２個置きに配置し、垂直方向には、光透過領域Ｐを点光源Ｌごとに配置する。この場合、図４で説明した配置パターンに比べて、水平方向では、立体像の解像度は２／３に低下するが、奥行き再現性能を１．５倍に向上させることができる。一方、垂直方向では、視域角が１／３に低下するが、立体像の解像度を２倍に向上させるとともに、奥行き再現性能を１．５倍に向上させることができる。
【００６７】
〔変形例３〕
画像表示装置１では、点光源が１色を発光するものとして説明した。
しかし、点光源を、例えば、ＲＧＢの３色の点光源としてもよい。すなわち、図２の点光源Ｌの位置に、３色（ＲＧＢ）それぞれの発光素子（例えば、ＬＥＤ）を隣接して配置する。
このとき、表示パネル１３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）シャッタ等を用い、フィールドシーケンシャル方式により、ＲＧＢの点光源を順次点灯するタイミングで、シャッタを開閉制御すればよい。なお、この開閉制御は、図３の制御部２０の点光源点消灯手段２３が、表示する画像のＲＧＢの表示タイミングに同期させて行えばよい。
【００６８】
〔変形例４〕
画像表示装置１では、点光源アレイ１１が発光する点光源を用いて、立体像または二次元画像を表示した。
しかし、この点光源は、平行光からレンズアレイを用いて疑似的に生成するものであってもよい。
【００６９】
図１３に、点光源を疑似的に生成して、立体像または二次元画像を表示する画像表示装置１Ｅ（第５実施形態）の構成を示す。
画像表示装置１Ｅは、透過・拡散板１２と、表示パネル１３と、プロジェクタ１４と、コリメータレンズ１５と、レンズアレイ１６と、を有する表示部１０Ｅを備える。なお、制御部２０は図示を省略している。
透過・拡散板１２および表示パネル１３は、図２で説明した表示部１０の構成と同じものであるため、説明を省略する。
【００７０】
プロジェクタ（投影手段）１４は、予め定めたパターン画像を投影するものである。
３Ｄ表示を行う場合、プロジェクタ１４が投影するパターン画像は、光拡散領域Ｄに照射する光をマスク（遮蔽）し、光透過領域Ｐへの光を発光するパターンとする。例えば、透過・拡散板１２が図１４（ａ）に示したパターンであった場合、プロジェクタ１４が投影するパターン画像は、図１４（ｂ）に示すパターンとする。
【００７１】
一方、２Ｄ表示を行う場合、プロジェクタ１４が投影するパターン画像は、光透過領域Ｐに照射する光をマスク（遮蔽）し、光拡散領域Ｄへの光を発光するパターンとする。例えば、透過・拡散板１２が図１４（ａ）に示したパターンであった場合、プロジェクタ１４が投影するパターン画像は、図１４（ｃ）に示すパターンとする。
なお、図１４（ｂ），（ｃ）中、黒領域が光を遮蔽したマスク領域Ｒで、白領域が光を照射した領域である。また、図１４（ｂ），（ｃ）中、レンズアレイ１６の各レンズの位置を参考として破線で示している。
【００７２】
コリメータレンズ１５は、プロジェクタ１４が投影するパターン画像の光を平行光に変換するものである。コリメータレンズ１５は、変換した平行光を透過・拡散板１２に照射する。
このコリメータレンズ１５は、プロジェクタ１４の光源位置からコリメータレンズ１５の焦点距離ｆ１だけ離間した位置に配置される。これによって、コリメータレンズ１５は、プロジェクタ１４が投射したパターン画像を、平行光として透過・拡散板１２に照射することができる。
【００７３】
レンズアレイ１６は、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐと光拡散領域Ｄとにそれぞれ対応したレンズ（凸レンズ）ＬＡを二次元平面上に配列したものである。
このレンズアレイ１６は、光透過領域Ｐに対応するレンズＬＡに、光透過領域Ｐを透過した光が照射されることで、焦点距離ｆ２の集光位置Ｌｏに疑似的な点光源を生成し、表示パネル１３に照射する。また、レンズアレイ１６は、光拡散領域Ｄに対応するレンズに、光拡散領域Ｄで拡散された光が照射されることで、表示パネル１３に拡散光を照射する。なお、ここでは、レンズアレイ１６を、透過・拡散板１２と表示パネル１３との間に備えることとした。しかし、レンズアレイ１６を、コリメータレンズ１５と透過・拡散板１２との間に備えることとしてもよい。
【００７４】
以上説明したプロジェクタ１４と、コリメータレンズ１５と、レンズアレイ１６とにより、図２で示した点光源アレイ１１の機能（発光手段の機能）を実現することができる。
このように、画像表示装置１Ｅは、図１３に示した表示部１０Ｅを備え、制御部２０によって、プロジェクタ１４で投影するパターン画像を切り替えることで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替えることができる。
【００７５】
ここで、図１５を参照（制御部２０については適宜図２参照）して、画像表示装置１Ｅにおける３Ｄ表示と２Ｄ表示との切り替え動作について説明する。
図１５（ａ）に示すように、３Ｄ表示を行う場合、画像表示装置１Ｅは、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２に３Ｄ表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段２３によって、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐに対して光を照射するパターン画像（図１４（ｂ）参照）をプロジェクタ１４に投影させる。
そして、画像表示装置１Ｅは、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１によって、要素画像群Ｅ（要素画像ｅ，ｅ，…）を、表示パネル１３に表示する。
これによって、レンズアレイ１６の焦点距離の集光位置Ｌｏに疑似的に点光源が生成される。そして、疑似的な点光源は、表示パネル１３に表示した要素画像ｅを背面から照射することになり、正面から表示パネル１３を観察する観察者は、インテグラル方式の立体像を視認することができる。
【００７６】
また、図１５（ｂ）に示すように、２Ｄ表示を行う場合、画像表示装置１Ｅは、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ表示切替手段２２に２Ｄ表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段２３によって、透過・拡散板１２の光拡散領域Ｄに対して光を照射するパターン画像（図１４（ｃ）参照）をプロジェクタ１４に投影させる。
そして、画像表示装置１Ｅは、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２１によって、二次元画像Ｇを、表示パネル１３に表示する。
これによって、透過・拡散板１２で拡散し、レンズアレイ１６を通過した拡散光は、表示パネル１３に表示した二次元画像Ｇを背面から照射することになり、正面から表示パネル１３を観察する観察者は、二次元画像を視認することができる。
【００７７】
なお、画像表示装置１Ｅは、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在させることも可能である。
３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在させる場合、画像表示装置１Ｅは、図１４（ｂ），（ｃ）に示したパターン画像を３Ｄ表示または２Ｄ表示を行う領域に区分して混在したパターン画像を用い、それぞれの領域に表示させる要素画像群と二次元画像とを混在させた画像を表示パネル１３に表示すればよい。
【００７８】
また、画像表示装置１Ｅは、透過・拡散板１２を、図８に示したように複数離間して備えてもよい。また、画像表示装置１Ｅは、透過・拡散板１２として、図１０に示したように、ガラス板等の厚みのある光学素材の両面に個別に拡散加工処理を施したものを用いてもよい。
【００７９】
また、画像表示装置１Ｅは、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐと光拡散領域Ｄとの配置パターンを、図１１，図１２に示したように、立体像の表示特性（解像度、奥行き再現性能）に応じて、種々のパターンとすることができる。その場合、プロジェクタ１４が表示するパターン画像は、透過・拡散板１２の光透過領域Ｐと光拡散領域Ｄとの配置パターンに対応したものとする。
【符号の説明】
【００８０】
１      画像表示装置
１０    表示部
１１    点光源アレイ（発光手段）
１２    透過・拡散板（透過・拡散手段）
１３    表示パネル（表示手段）
１４    プロジェクタ（投影手段）
１５    コリメータレンズ
１６    レンズアレイ
２０    制御部（制御手段）
２１    ３Ｄ／２Ｄ画像表示手段
２２    ３Ｄ／２Ｄ表示切替手段
２３    点光源点消灯手段
【図１】
2019086710.tif 000009
【図２】
2019086710.tif 000010
【図３】
2019086710.tif 000011
【図４】
2019086710.tif 000012
【図５】
2019086710.tif 000013
【図６】
2019086710.tif 000014
【図７】
2019086710.tif 000015
【図８】
2019086710.tif 000016
【図９】
2019086710.tif 000017
【図１０】
2019086710.tif 000018
【図１１】
2019086710.tif 000019
【図１２】
2019086710.tif 000020
【図１３】
2019086710.tif 000021
【図１４】
2019086710.tif 000022
【図１５】
2019086710.tif 000023
【図１６】
2019086710.tif 000024
【図１７】
2019086710.tif 000025