(57)【要約】【課題】多視点の立体画像表示装置において、各観察領域から観察される視差画像の不連続性が目立つ。【解決手段】複数の視差画像を異なる画素により表示することによって複数の視差画像を合成表示するディスプレイデバイス１と、それぞれ異なる状態の光を選択的に透過させる特性を持つ複数の状態選択性領域が水平方向に配列され、ディスプレイデバイスの各画素からの光のうち状態選択性領域を透過した光を視差画像ごとに異なる観察領域に向かわせる水平方向分離手段２とを用いて立体画像表示装置を構成する。【選択図】  図４
2004246153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の視差画像を異なる画素により表示することによって前記複数の視差画像を合成表示するディスプレイデバイスと、
それぞれ異なる状態の光を選択的に透過させる特性を持つ複数の状態選択性領域が水平方向に配列され、前記ディスプレイデバイスの各画素からの光のうち前記状態選択性領域を透過した光を視差画像ごとに異なる観察領域に向かわせる水平方向分離手段とを有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記水平方向分離手段に、前記状態選択性領域の水平列が垂直方向に複数列配置され、
前記ディスプレイデバイスからの光を前記水平方向分離手段におけるいずれかの前記状態選択性領域の水平列に向かわせる垂直方向制御手段を有しており、
前記水平方向分離手段において、異なる状態選択性領域の水平列に属し、かつ特性が異なる状態選択性領域が、垂直方向にて互いに位置が重複しないように配置され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】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ偏光状態が異なる光を選択的に透過させる特性を有する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】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ波長域が異なる光を選択的に透過させる特性を有する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５】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ偏光状態が異なり、かつそれぞれ波長域が異なる光を選択的に透過させる特性を有する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６】
複数の視差画像を異なる画素により表示することによって前記複数の視差画像を合成表示するディスプレイデバイスと、
それぞれ異なる状態の光を選択的に透過させる特性を持つ複数の状態選択性領域が水平方向に配列されているとともに該状態選択性領域の水平列が垂直方向に複数列配置され、前記状態選択性領域を透過した光を視差画像ごとに異なる観察領域に向かわせる水平方向分離手段と、
前記ディスプレイデバイスからの光を前記水平方向分離手段におけるいずれかの前記状態選択性領域の水平列に向かわせる垂直方向制御手段とを有し、
前記垂直方向制御手段の前記ディスプレイデバイスに対する前記水平方向分離手段への垂直方向の投影倍率が１より大きいことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項７】
前記水平方向分離手段において、異なる状態選択性領域の水平列に属し、かつ特性が異なる状態選択性領域が、垂直方向にて互いに位置が重複しないように配置されてい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】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ偏光状態が異なる光を選択的に透過させる特性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ波長域が異なる光を選択的に透過させる特性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
前記複数の状態選択性領域が、それぞれ偏光状態が異なり、かつ互いに波長域が異なる光を選択的に透過させる特性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置に関し、特にテレビ、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立体画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よく知られている立体画像表示装置として、パララックスバリアやレンチキュラレンズを用いた立体画像表示装置がある。これらの方式ではディスプレイデバイスの画像表示面に複数の視差画像情報を水平方向に周期的に（縦ストライプ状に）並ぶよう配置し、各々の画像情報光をパララックスバリアやレンチキュラレンズにて水平方向の複数の観察領域（視点）に、それぞれ指向性を持たせて向かわせることで、各視点にて観察する者に立体画像を提供する（特許文献１）。
【０００３】
図６０は視差画像数が４の場合の、画像表示面における視差画像情報の配列状態の説明図である。Ｉｍａｇｅ１〜４はそれぞれ異なる視点からの視差画像情報である。これらの視差画像情報は、多くの場合、１画素に相当する幅と画面全体の高さに等しい高さを有する縦長の領域に描画される。画像表示面上では全面において図に示したような視差画像情報の順列が繰り返されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３４３７８号公報（段落００３０、図４など）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の立体画像表示装置においては、観察者に観察させる視差画像数を増やすと、ある１視点において観察される画像の解像度が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
例えば、ｎ視点からの視差画像を、従来の立体画像表示装置にて観察者に提供しようとすると、各視点からの画像の解像度は１／ｎに劣化する。特にこの劣化現象は水平方向のみについて発生するため、観察者にとっては画像の不連続性が顕著に認識される。
【０００７】
図６１はこの不連続性の状況を示した図である。４つの視点のうち第１の視点から立体画像を観察するとき、図中のように画像情報は３列おきにとびとびに観察される。図中にて黒く塗られている領域の画像情報は観察されない。これは他の視点から観察する場合も同様である。したがって、視差画像数をさらに増やしていくと、このような不連続性はさらに顕著となる。
【０００８】
上述した従来立体画像表示装置を用いて、例えば水平方向１２の視点を形成すると、ある１つの視点からは水平方向に１１列おきのとびとびの情報しか観察することができない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の立体画像表示装置は、複数の視差画像を異なる画素により表示することによって複数の視差画像を合成表示するディスプレイデバイスと、それぞれ異なる状態の光を選択的に透過させる特性を持つ複数の状態選択性領域が水平方向に配列され、ディスプレイデバイスの各画素からの光のうち状態選択性領域を透過した光を視差画像ごとに異なる観察領域に向かわせる水平方向分離手段とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１である立体画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、主として２つの部品を用いて裸眼立体視可能な立体画像表示装置を構成している。
【００１１】
１はディスプレイデバイスであり、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの一般的なディスプレイデバイスを使用することができる。
【００１２】
２は水平方向分離バリア（水平方向分離手段）であり、ディスプレイデバイス１と組み合わせることにより、複数の視差画像を異なる方向（視点）から独立に観察可能とすることができる。なお、本実施形態でいう「視点」は単に点という意味に限らず、ある程度の幅を持った領域（観察領域）としての意味を持つ。
【００１３】
観察者Ｍはこの立体画像表示装置を所定の距離だけ離れて観察するとき、裸眼で（専用の観察器具を用いることなく）立体視を行うことができる。本実施形態は、ば特に３つ以上の多視点から立体画像観察が可能な立体画像表示装置を実現するのに適している。以下、上記各部品の構成と本実施形態における立体観察の原理について説明する。
【００１４】
図２は、図１に示したディスプレイデバイス１おける斜線部Ａを拡大して正面から見た図である。図２中の格子は、このディスプレイデバイス１の画素の境界を示しており、画素毎に割り振られている記号は次のような意味を持っている。
【００１５】
記号の数字部分は、どの視点から観察される視差画像情報かを表す視点の番号を示している。記号の英字部分は、ＲＧＢの色成分のうちどれに相当するかを示している。例えば、「１Ｒ」は視点１から観察される視差画像情報のうち赤色（Ｒ）成分光を発する画素、「７Ｇ」は視点７から観察される視差画像情報の緑色（Ｇ）成分光を発する画素、「４Ｂ」は視点４から観察される視差画像情報の青色（Ｂ）成分光を発する画素というように、すべて視差画像情報の番号と色成分との組み合わせで表現されている。
【００１６】
本実施形態では、画面内での縦方向位置が等しい画素、つまり同一の水平列の画素群は同一の色成分の光を発し、Ｒ成分光を発する画素群、Ｇ成分光を発する画素群およびＢ成分光を発する画素群の水平ストライプが周期的に配列されている。
【００１７】
また、図２に示した画素配列は、９つの視点からの視差画像表示による立体画像表示を実現するための配列例である。９つの視点から視点ごとに対応する視差画像を独立に分離して観察させる方法については後に詳述する。
【００１８】
一方、水平方向分離バリア２の構成を図３に示す。図３は、水平方向分離バリア２のうち、図２に示したディスプレイデバイス１の斜線部Ａの領域に対応した領域の拡大図である。実際には、この図３で示す構造が、水平方向分離バリア２の全体に周期的に配列されている。図中の黒色部分は、遮光領域を示している。一方、白抜き部分は光を透過するスリット領域（以下、フィルタという）を示している。但し、図中の３つのフィルタはそれぞれ光の色成分（すなわち、光の状態としての波長域）に対する透過特性が異なっている。
【００１９】
図中、左側のフィルタはＲ成分光を透過させ、他の色成分光をほとんど透過させないＲ透過フィルタ、図中の真ん中のフィルタはＧ成分光を透過させ、他の色成分光をほとんど透過させないＧ透過フィルタ、図中の右側のフィルタはＢ成分光を透過させ、他の色成分光をほとんど透過させないＢ透過フィルタである。
【００２０】
次に、本装置を用いて立体画像表示を行う方法について図４〜７を用いて説明する。図４は本装置の平面図である。前述したように、本実施形態では９つの視点からの視差画像を独立分離して観察させる。
【００２１】
図中点線で示された面は視点面である。この面上に視差画像の各視点（１，２，３，…９）が並んでいるものと想定する。
【００２２】
図４はＲ成分の光が各視点に到達する様子を示している。ディスプレイデバイス１上のＲ画素群から放射されたＲ成分の光は、水平方向分離バリア２上のＲ透過フィルタのみを透過し、その他の部分によって遮蔽される。したがって、Ｒ透過フィルタ（スリット）の水平幅が十分細く、例えば１画素の水平幅以下である場合、光の指向性は高くなる。つまり、各画素からの放射光がＲ透過フィルタを出射した後の出射方向は、図中に示したように画素の中心とＲ透過フィルタの中心とを通る直線で規定される。
【００２３】
このとき、Ｒ画素群の各画素の視点番号は、図示したように視点面上で右側から視点１，２，３，…９という順番で並ぶように構成されている。つまり、各々の視点からは対応する視点番号を有する視差画像情報のＲ成分光のみが観察される。
【００２４】
例えば、視点面上の視点４からは画素４Ｒのみが観察される。本実施形態では、他の色成分の画像情報光においても、定められた視点位置から定められた視差画像情報が観察されるように、ディスプレイデバイス１と水平方向分離バリア２との関係が設定されている。
【００２５】
図５はＧ成分の光が各視点に到達する様子を示している。ディスプレイデバイス１上のＧ画素群から放射されたＧ成分の光は、水平方向分離バリア２上のＧ透過フィルタのみを透過し、その他の部分によって遮蔽される。また、ディスプレイデバイス１上のＧ画素群の各画素の視点番号は、図示したように視点面上で右側から視点１，２，３，…９という順番で並ぶように構成されている。
【００２６】
つまり、各々の視点からは対応する視点番号を有する視差画像情報のＧ成分の光のみが観察される。例えば、視点面上の視点４からは画素４Ｇのみが観察される。
【００２７】
同様に、図６に示したＢ成分の光についても、ディスプレイデバイス１上のＢ画素群から放射されたＢ成分の光は、水平方向分離バリア２上のＢ透過フィルタのみを透過し、その他の部分によって遮蔽される。これにより、各々の視点から対応する視点番号を有する視差画像情報のＢ成分の光のみが観察される。例えば、視点面上の視点４からは画素４Ｂのみが観察される。
【００２８】
実際には、ＲＧＢの３つの画素群はすべてディスプレイデバイス１上に存在しており、ＲＧＢの３つのフィルタもまたすべて水平方向分離バリア２上に存在しているため、図７に示すように、図４〜６に示す状態が重なり合った状態が発生する。
【００２９】
つまり、本実施形態では、ＲＧＢのどの色成分の光についても、視点面上の各視点から、対応する視点番号を有する画素により表示される視差画像光のみが観察される。言い換えると、本実施形態は、９つの視点毎に異なる視差画像をフルカラーで観察できる表示装置であり、この表示装置を観察する者は左右の眼をそれぞれ異なる視点に配置して、異なる視差画像を観察することによって、自動的に立体視を行うことが可能となる。
【００３０】
次に、上記のような構成を実現するための幾何的配置関係について、図８を用いて説明する。
【００３１】
ディスプレイデバイス１と水平方向分離バリア２との間の距離をＬ１、水平方向分離バリア２から視点面までの距離をＬ０、画素ピッチをＨｄ、視点ピッチをＨｅとすると、幾何的な関係から各パラメータには次のような関係が成り立つ。
【００３２】
【数１】
2004246153.tif 000003
一方、水平方向分離バリア２上の各色透過フィルタの間隔は、ディスプレイデバイス１上の各画素群同士の相対的なシフト量に依存している。Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素群においては視点番号１から９に相当する視差画像情報が順列となって繰り返し配置されているが、各画素群における上記順列の開始位置（例えば、視点番号１の画素の位置）は水平方向にシフトしている。これは、視点位置は各色共通であるのに対し、途中の光路（つまりは各色の透過フィルタの位置）が異なっているからである。
【００３３】
Ｒ画素群とＧ画素群との相対的シフト量をΔＲ−Ｇ、Ｇ画素群とＢ画素群との相対的シフト量をΔＧ−Ｂ、Ｂ画素群とＲ画素群との相対的シフト量をΔＢ−Ｒ、Ｒ透過フィルタとＧ透過フィルタとの間隔をＨｍ（Ｒ−Ｇ）、Ｇ透過フィルタとＢ透過フィルタとの間隔をＨｍ（Ｇ−Ｂ）、Ｂ透過フィルタとＲ透過フィルタとの間隔をＨｍ（Ｂ−Ｒ）とすると、幾何的な関係から各パラメータには次のような関係が成り立つ。
【００３４】
【数２】
2004246153.tif 000004
水平方向分離バリア２の製造容易性を考慮すると、各色透過フィルタの間隔はすべて等しいことが望ましく、このとき上式により次のような関係が成立する。
【００３５】
【数３】
2004246153.tif 000005
【００３６】
【数４】
2004246153.tif 000006
が成り立つ。
【００３７】
ここまでの説明では、視点として正面の９視点のみを考え、水平方向分離バリア２上の透過フィルタも正面の３つのみとしたが、これらを水平方向に拡張してもよい。
【００３８】
図９には、上記部品をそれぞれ水平方向に拡張した場合のディスプレイデバイス１から各視点に到達する光の様子を示している。各部品の設計パラメータはすべて上記（１）〜（４）式を満足している。視点は１〜９の順列の周期的配列、水平方向分離バリア２上のＲＧＢの各色フィルタも周期的配列となっている。また、ディスプレイデバイス１上の各色画素群の配列は視点番号１〜９に相当する画素の周期的配列となっている。
【００３９】
図９では、簡略化のために視点１に集まる光と視点４に集まる光の軌跡のみを示している。各部品が水平方向に拡張された場合も、ＲＧＢのすべての色成分の光が正しく、対応する視点に収束している。また、正面の視点のみならず、水平方向に拡張された視点にも、すべて正しく対応する視点番号の画素からの光が到達している。例えば、右側の視点１に収束する光（実線で軌跡が描かれている）と左側の視点１に収束する光（点線で軌跡が描かれている）とは、光の放射元の画素が同一であるが、水平方向分離バリア２によっていずれも視点１以外の視点には到達しないような関係が成り立っている。これがディスプレイデバイス１の全画面にわたって繰り返される。
【００４０】
こうした性質はその他すべての視点に関しても成り立っており、本実施形態ではすべての視点に、それぞれ対応する視差画像情報の光が独立に到達する。
【００４１】
なお、図９では、水平方向分離バリア２上のフィルタの間隔がすべて等しい場合を示したが、フィルタの間隔が等間隔ではない場合でも、図９に示したものと同様の作用効果を有する。
【００４２】
図１０はその場合の実施形態の説明図である。この場合、前述のパラメータ関係式のうち（１），（２）式は満足しているが、（３），（４）式は満足していない。  ここでは、
【００４３】
【数５】
2004246153.tif 000007
という規則で画素群同士の位置関係を定めている。
【００４４】
（５）式のような画素配列に対し、等間隔視点を実現させるために、水平方向分離バリア２上のフィルタ間隔は不等間隔となる。（２）式および（５）式より、フィルタの間隔は、
【００４５】
【数６】
2004246153.tif 000008
という関係を持つ。
【００４６】
ディスプレイデバイス１上で（５）式の関係が、かつ水平方向分離バリア２上で（６）式の関係が成立する場合に、図１０のような光の軌跡が成立する。図１０では簡略化のために視点１に集まる光と視点４に集まる光の軌跡のみを示している。
【００４７】
図１０より、各部品が水平方向に拡張された場合も、ＲＧＢすべての色成分の光が正しく、対応する視点位置に収束していることがわかる。また、正面の視点のみならず、水平方向に拡張された視点についてもすべて正しく対応する視点番号の画素からの光が到達していることがわかる。
【００４８】
例えば、右側の視点１に収束する光（実線で軌跡が描かれている）と左側の視点１に収束する光（点線で軌跡が描かれている）とは、光の放射元の画素が同一であるが、水平方向分離バリア２によっていずれも視点１以外の視点には到達しないような関係が成り立っており、これがディスプレイデバイス１の全画面にわたって繰り返される。
【００４９】
こうした性質はその他すべての視点に関しても成り立っている。これにより、本実施形態では、すべての視点に、それぞれ対応する視差画像情報の光が独立に到達する。
【００５０】
なお、ディスプレイデバイス１において画像の輝度情報と色情報は必ずしも１つの部品で表現する必要はない。図１１に示すように、輝度情報のみを表現するモノクロのディスプレイデバイス１ａと周期的な色フィルタ１ｂとを個々に製造して、これらを重畳させて使用するという方法で本装置を構成することもできる。これにより、ディスプレイデバイス１の汎用性や設計時の自由度が向上する。
【００５１】
次に、本実施形態の作用効果を図１２および図１３を用いて説明する。図９や図１０からも分かるとおり、本実施形態によれば、色成分や縦方向位置が異なる複数の画素からの光が１視点に収束する。例えば、視点１の位置から画面を観察すると、図１２のように、視点番号が１である画素が縦横にちりばめられた形で観察される。同様に視点２の位置から画面を観察すると、図１３のように、視点番号が２である画素が縦横にちりばめられた形で観察され、その他の視点においても同じように観察される。
【００５２】
これを従来の多視点観察可能な立体画像表示装置の正面図である図６１と比較すると、本実施形態の効果がよく理解できる。つまり、従来は立体画像表示時の画像解像度の劣化現象は水平方向のみについて発生するため、観察者にとっては画像の不連続性が顕著に認識されるのに対し、本実施形態によれば、画像解像度の劣化は縦と横の両方向に分散されるため、観察される画像の不連続性が目立ちにくい。
【００５３】
実際の視差画像において、こうした効果がどのように現れるかを図１４〜図１６を用いて説明する。
【００５４】
図１４はある１視点から観察される視差画像の原画像を示している。図１５および図１６はそれぞれ、これを従来の多視点立体画像表示装置にて観察した場合と、本実施形態の装置にて観察した場合を示している。視点数はいずれも９視点に設定されている。
【００５５】
図１５においては、横方向の解像度のみ１／９となるため、画像はかなり不連続なものとなり、図１４に示す原画像の情報を類推することが困難である。
【００５６】
一方、図１６においては、縦方向の解像度と横方向の解像度が共に１／３となっており、画像の不連続性は図１５にくらべて抑制されるため、図１４に示す原画像の情報を類推し易い。
【００５７】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ディスプレイデバイス１上でＲ，Ｇ，Ｂの３つの色成分毎に画素群をグループ分けし、これらからの画像光を水平方向分離バリア２上のＲ，Ｇ，Ｂの３つの色成分に対応した透過フィルタによって分離して多視点の立体画像表示装置を構成したが、本実施形態では、画像光の分離の方法として、ＲＧＢの色の違いではなく、光の偏光状態の違いを利用する。
【００５８】
本実施形態におけるディスプレイデバイス１０１と水平方向分離バリア１０２の配置は実施形態１と同様に、図１のような形態をとる。ただし、本実施形態では、光の偏光方向によって光を分離するため、各部材の構成が異なってくる。
【００５９】
図１７には、本実施形態におけるディスプレイデバイス１０１上のある領域（図１に示した領域Ａ）における画素配置を示している。画素毎に割り振られている記号は次のような意味を持っている。記号の数字部分は、どの視点からの視差画像情報かを表す視点の番号を示している。記号の英字部分は、互いに異なる偏光状態を持つ２つの光のうちどちらに相当するかを示している。
【００６０】
例えば、「１Ｐ」は視点１からの視差画像情報であって第１の偏光状態の光Ｐを発する画素（Ｐ画素）、「７Ｓ」は視点７からの視差画像情報であって、第２の偏光状態の光Ｓを発する画素（Ｓ画素）というように、すべて視差画像情報の番号と偏光状態との組み合わせで表現されている。
【００６１】
本実施形態では、画面内での縦方向位置が等しい画素、つまり同一水平列の画素群は同一の偏光状態の光を発し、第１の偏光状態光Ｐを発する画素群と第２の偏光状態光Ｓを発する画素群の水平ストライプが周期的に配列されている。
【００６２】
また、図１７に示した画素配列は、８つの視点からの視差画像観察を可能とする立体画像表示を実現するための配列例である。８つの視点から視点ごとに対応する視差画像を独立に分離して観察させる方法については後に詳述する。
【００６３】
一方、水平方向分離バリア１０２の構成を図１８に示す。図１８は、水平方向分離バリア１０２におけるディスプレイデバイス１０１上の図１７で示された領域に対応する領域の拡大図であり、実際は水平方向分離バリア１０２の全体についてこの構造が周期的に配列されている。
【００６４】
図中の黒色部分は、遮光領域を示している。一方、白抜き部分は光を透過するスリット領域（以下、透過フィルタと称する）を示している。但し、図中の２つの透過フィルタはそれぞれ、光の偏光状態に対する透過特性が異なっている。図中の左側のフィルタは第１の偏光状態光Ｐを透過させ、第２の偏光状態光Ｓをほとんど透過させないＰ透過フィルタ、図中の右側のフィルタは第２の偏光状態光Ｓを透過させ、第１の偏光状態光Ｐをほとんど透過させないＳ透過フィルタである。
【００６５】
ここで、上述した第１および第２の偏光状態は、「２つの異なる位相状態の光であって、それぞれが混合した状態から何らかの光学素子を使ってほぼ完全に分離することが可能な組み合わせ」と定義することができる。特に光の位相状態について「互いの位相差がπである組み合わせ」がこれに該当する。
【００６６】
例を挙げると、２つの直線偏光の組み合わせであって、それぞれの偏光面が直交しているものは、偏光軸の直交した２枚の直線偏光板により独立に分離することができる。また、右回り円偏光と左回り円偏光に関しても、偏光軸の直交した２枚の直線偏光板にλ／４板を組み合わせることで、独立に分離することができる。
【００６７】
一般に、Ｐ偏光とＳ偏光というと偏光面の直交する直線偏光の組み合わせを指すが、本実施形態においては、このような意味に限定せず、前述した定義の意味で使用する。
【００６８】
次に、本装置を用いて立体画像表示を行う方法について図１９〜２１を用いて説明する。これらは本装置の平面図である。前述したように、本実施形態では、８つの視点からの視差画像を独立分離して観察させる。
【００６９】
図中に点線で示された面は視点面である。この面に視差画像の各視点（１，２，３，…８）が並んでいると想定する。
【００７０】
図１９には、ディスプレイデバイス１０１からの第１の偏光状態光Ｐが各視点に到達する様子を示している。第１の偏光状態光Ｐは、ディスプレイデバイス１０１上のＰ画素群から放射される。第１の偏光状態光Ｐは水平方向分離バリア１０２のＰ透過フィルタのみを透過し、その他の部分によって遮蔽される。したがって、このＰ透過フィルタ（スリット）の幅が十分細い場合、光の指向性は高くなる。つまり、各画素からの放射光がＰ透過フィルタを出射した後の出射方向は、図中に示したように画素の中心とＰ透過フィルタの中心とを通る直線で規定される。
【００７１】
このとき、Ｐ画素群の各画素の視点番号は、図示したように視点面上で右側から視点１，２，３，…８という順番で並ぶように構成されている。つまり、各々の視点からは対応する視点番号を有する視差画像情報の第１の偏光状態光Ｐのみが観察される。例えば、視点面上の視点４からは画素４Ｐのみが観察される。
【００７２】
本実施形態では、もう一方の第２の偏光状態光Ｓによる画像情報光においても、定められた視点位置から対応する視差画像情報が観察されるように、ディスプレイデバイス１０１と水平方向分離バリア１０２との関係が設定されている。
【００７３】
図２０には、ディスプレイデバイス１０１からの第２の偏光状態光Ｓが各視点に到達する様子を示している。第２の偏光状態光Ｓは、ディスプレイデバイス１０１上のＳ画素群から放射される。第２の偏光状態光Ｓは水平方向分離バリア１０２のＳ透過フィルタのみを透過し、その他の部分によって遮蔽される。
【００７４】
Ｓ画素群の各画素の視点番号もまた、図示したように視点面上で右側から視点１，２，３，…８という順番で並ぶように構成されている。つまり、各々の視点からは対応する視点番号を有する視差画像情報の第２の偏光状態光Ｓのみが観察される。例えば、視点面上の視点４からは画素４Ｓのみが観察される。
【００７５】
実際には、ＰとＳの画素群はすべてディスプレイデバイス１０１上に存在しており、ＰとＳの２つの透過フィルタもまたすべて水平方向分離バリア１０２上に存在しているため、図２１に示すように、図１９と図２０に示す状態が重なり合った状態が発生する。つまり、本実施形態では、ＰとＳのどちらの偏光状態光についても、視点面上の各視点から、対応する視点番号を有する視差画像情報の光のみが観察される。言い換えると、本実施形態では、８つの視点毎に異なる視差画像を観察できる表示装置を構成しており、この表示装置を観察する者は左右の眼をそれぞれ異なる視点に配置して、異なる視差画像を観察することによって自動的に立体視を行うことが可能となる。
【００７６】
次に、上記のような構成を実現するための幾何的配置について、図２２を用いて説明する。ディスプレイデバイス１０１と水平方向分離バリア１０２との間の距離をＬ１、水平方向分離バリア２から視点面までの距離をＬ０、画素ピッチをＨｄ、視点ピッチをＨｅとすると、幾何的な関係から各パラメータには次のような関係が成り立つ。
【００７７】
【数７】
2004246153.tif 000009
上式（１）は実施形態１にて説明した式（１）式と同じである。
【００７８】
一方、水平方向分離バリア１０２の各透過フィルタの間隔は、ディスプレイデバイス１０１上の各画素群同士の相対的なシフト量に依存している。各画素群においては視点番号１から８に相当する画像情報が順列となって繰り返し配置されているが、各画素群における上記順列の開始位置（例えば、視点番号１の画素の位置）は水平方向にシフトしている。これは、視点位置は各偏光状態に対して共通であるのに対し、途中の光路（つまりは各偏光状態の透過フィルタの位置）が異なっているからである。
【００７９】
Ｐ画素群とＳ画素群との相対的シフト量をΔＰ−Ｓ、Ｓ画素群と次のＰ画素群との相対的シフト量をΔＳ−Ｐ、Ｐ透過フィルタとＳ透過フィルタとの間隔をＨｍ（Ｐ−Ｓ）、Ｓ透過フィルタと次のＰ透過フィルタとの間隔をＨｍ（Ｓ−Ｐ）と定義すると、幾何的な関係から各パラメータには次のような関係が成り立つ。
【００８０】
【数８】
2004246153.tif 000010
水平方向分離バリア１０２の製造容易性を考慮すると、各フィルタの間隔はすべて等しいことが望ましく、このとき上式により次のような関係が成立する。
【００８１】
【数９】
2004246153.tif 000011
【００８２】
【数１０】
2004246153.tif 000012
が成り立つ。
【００８３】
ここまでの説明では、視点として正面の８視点のみを考え、水平方向分離バリア２の透過フィルタも正面の２つのみとしたが、これらを水平方向に拡張してもよい。
【００８４】
図２３には、上記部品をそれぞれ水平方向に拡張した場合のディスプレイデバイス１０１から各視点に到達する光の様子を示している。各部品の設計パラメータはすべて上記（１）および（２）’〜（４）’式を満足している。視点は１〜８の順列の周期的配列、水平方向分離バリア１０２のフィルタはＰ透過フィルタとＳ透過フィルタとの周期的配列、Ｐ画素群およびＳ画素群の配列は視点番号１〜８に相当する画素の周期的配列となっている。
【００８５】
図２３では簡略化のために視点１に集まる光と視点４に集まる光の軌跡のみを示している。図から、各部品が水平方向に拡張された場合も、第１および第２の偏光状態光Ｐ，Ｓが正しく、対応する視点位置に収束していることがわかる。また、正面の視点のみならず、水平方向に拡張された視点についてもすべて正しく対応する視点番号の画素からの光が到達していることがわかる。例えば、右側の視点１に収束する光（実線で軌跡が描かれている）と左側の視点１に収束する光（点線で軌跡が描かれている）とは、光の放射元の画素が同一であるが、水平方向分離バリア２によっていずれも視点１以外の視点には到達しない関係が成り立っており、これがディスプレイデバイス１０１の全画面にわたって繰り返される。
【００８６】
こうした性質はその他すべての視点に関しても成り立っている。これにより、本実施形態では、すべての視点に、それぞれ対応する視差画像情報の光が独立に到達する。
【００８７】
なお、図２３では、水平方向分離バリア１０２のフィルタの間隔がすべて等しい場合を示したが、フィルタの間隔が等間隔ではない場合でも、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。図２４はそのような実施形態の説明図である。
【００８８】
この場合、前述したパラメータ関係式のうち（１），（２）’式は満足しているが、（３）’，（４）’式は満足していない。ここでは、
【００８９】
【数１１】
2004246153.tif 000013
という規則で画素群同士の位置関係を定めている。
【００９０】
（５）’式のような画素配列に対して等間隔の視点を実現させるために、水平方向分離バリア１０２上のフィルタ間隔は不等間隔となる。
【００９１】
（２）式および（５）式より、フィルタの間隔は、
【００９２】
【数１２】
2004246153.tif 000014
という関係を持つ。
【００９３】
ディスプレイデバイス１０１上で（５）’式の関係が、水平方向分離バリア１０２上で（６）’式の関係が成立する場合に、図２４に示す光の軌跡が成立する。
【００９４】
図２４では簡略化のために視点１に集まる光と視点４に集まる光の軌跡のみを示している。各部品が水平方向に拡張された場合も、ＰとＳ両方の偏光状態光が正しく、対応する視点位置に収束していることがわかる。また、正面の視点のみならず、水平方向に拡張された視点についてもすべて正しく対応する視点番号の画素からの光が到達していることがわかる。例えば、右側の視点１に収束する光（実線で軌跡が描かれている）と左側の視点１に収束する光（点線で軌跡が描かれている）とは、光の放射元の画素が同一であるが、水平方向分離バリア１０２によっていずれも視点１以外の視点には到達しないような関係が成り立っており、これがディスプレイデバイス１０１の全画面にわたって繰り返される。
【００９５】
こうした性質はその他すべての視点に関しても成り立っている。これにより、本実施形態では、すべての視点に、それぞれに対応する視差画像情報の光が独立に到達する。
【００９６】
なお、ディスプレイデバイス１０１において画像の色および輝度情報と偏光状態は必ずしも１つの部品で表現する必要はない。図２５に示すように、色および輝度情報を表現するディスプレイデバイス１０１ａと周期的な偏光フィルタ１０１ｂとを個々に製造して、これらを重畳させて使用するという方法で本装置を構成することもできる。
【００９７】
これによりディスプレイデバイスの汎用性や設計時の自由度が向上する。特に、周期的な偏光フィルタ１０１ｂを構成する方法として、図２６に示すように、直線偏光板１０１ｃと、λ／２板および光の位相に対して影響を与えない「素通し部」の周期的構造を有する光学素子１０１ｄとを組み合わせる方法が考えられる。
【００９８】
この構成によれば、素通し部からは直線偏光板１０１ｃの偏光軸に一致した偏光軸を有する直線偏光が出射し、λ／２板からは直線偏光板１０１ｃの偏光軸と直交する偏光軸を有する直線偏光が出射するため、前者を第１の偏光状態光Ｐ、後者を第２の偏光状態光Ｓとして使用すれば、本実施形態の目的にかなう偏光フィルタ１０１ｂを得ることができる。
【００９９】
なお、本実施形態においても実施形態１と同様に、多視点立体画像表示時の画像解像度の劣化が縦と横の両方向に分散されるため、観察される画像の不連続性の認識度合いを従来の方式に比べて低くすることができる。
【０１００】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、画像光を水平方向に分離する手段としていわゆるカラーフィルタや偏光フィルタを用いたが、本発明における水平方向分離手段としては、これらに限定されるものではない。また、ディスプレイデバイス上の画素の配列も、図２や図１７に示すような配列方法に限定されるものではない。ここでは、本発明を実施するための、より一般的な条件を導出し、実施形態１，２よりも一般化した形での実施形態を説明する。
【０１０１】
〈画像光の分離方法〉
本実施形態では、画像光を分離するために光の選択的透過性を利用している。このときの選択的透過性には次のような特徴がある。
【０１０２】
［条件１］
ｎ通りの状態の光成分が混合した光から１つの状態の光成分のみを選択的に透過させることができる。
【０１０３】
［条件２］
上記の選択的透過を、ｎ通りの状態の光のすべてに対して実行できる。
【０１０４】
ここでは上記２つの条件を満たす場合に「ｎ通りの状態の光について選択的透過性を有する」状態であると定義する。
【０１０５】
例えば、実施形態１では、ディスプレイデバイスから出射する光はＲＧＢの３つの色成分光が混合した状態となっているが、これをＲＧＢの色成分光ごとに独立に「Ｒ透過フィルタ」「Ｇ透過フィルタ」「Ｂ透過フィルタ」の３種類の透過フィルタで選択的に透過させており、３通りの状態の光について選択的透過性を有している。
【０１０６】
また、実施形態２では、ディスプレイデバイスから出射する光は第１の偏光状態光Ｐと第２の偏光状態光Ｓとが混合した状態となっているが、これをそれぞれ独立に「Ｐ透過フィルタ」と「Ｓ透過フィルタ」の２種類の透過フィルタで選択的に透過させており、２通りの状態の光について選択的透過性を有している。
【０１０７】
また、実施形態１と実施形態２とを組み合わせると、６通りの選択的透過性を利用することができる。具体的には下記のような組み合わせとなる。
【０１０８】
１）色成分Ｒ  かつ  偏光状態Ｐ
２）色成分Ｒ  かつ  偏光状態Ｓ
３）色成分Ｇ  かつ  偏光状態Ｐ
４）色成分Ｇ  かつ  偏光状態Ｓ
５）色成分Ｂ  かつ  偏光状態Ｐ
６）色成分Ｂ  かつ  偏光状態Ｓ
この場合、６通りの状態の光について選択的透過性を有していることになる。
【０１０９】
（画素の配列方法）
次に、ディスプレイデバイス上の画素の配列方法について述べる。まず、本実施形態で構成される立体画像表示装置が表示しうる視差画像数（視点の数）は、上記ｎの倍数となる。したがって、
［条件３］
視差画像数（視点の数）ｋは、ｋ＝ｎ×ｍ（ｎは分離可能な光の状態の数、ｍは自然数）で表される
という条件を満たすことになる。
【０１１０】
実施形態１の図３からも分かるように、水平方向分離バリアの透過フィルタは縦方向に細長い形状をしており、画素の縦方向の位置は画素からの光の指向性を定めるのに寄与していない。言い換えると、どの画素から出射した光がどの視点に収束するかはその画素の水平方向位置に依存しており、縦方向の位置は無関係である。
【０１１１】
したがって、ディスプレイデバイス上の画素配列は図２に示すように、各状態の光を発する画素群の縦方向位置が同一となる必要はない。ただし、本実施形態の作用効果を発生させるためには、次のような関係を必ず保っている必要がある。
【０１１２】
［条件４］
発する光の状態が異なる画素群については、水平方向の画素の視点番号配列は視点数ｋの順列の繰り返しとなっている。
【０１１３】
［条件５］
発する光の状態が異なる画素群同士では、視点番号１の画素位置が一定量ずつ水平方向にシフトしており、そのシフト量は画素群同士の組み合わせについて固有の量である。
【０１１４】
上記条件４，５を満足する限り、本実施形態においては、画素の配列方法は実施上必ずしも同じ画素配列パターンの繰り返しである必要はない。つまり、複数の異なるパターンの画素配列が組み合わさって、ディスプレイデバイス上の画像情報を形成するよう構成することも可能である。
【０１１５】
しかしながら、ある限られた領域内の画素配列パターンが全画像表示面にわたって繰り返されると考える方が、画像の均質度を考えるうえでも、製造の容易さを考える上でも有効である。この場合、上記ある限られた領域内の画素配列パターンについては、［条件４］および［条件５］を次のように言い換えるとよい。
【０１１６】
［条件６］
縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス領域内の画素配列について、どの状態の光を発する画素についても、１〜ｋ視点用の画素が垂直方向に重複することなく１個ずつ配置されている。
【０１１７】
［条件７］
縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス領域内の画素配列について、どの状態の光を発する画素についても、水平方向位置（ｘ座標）が１増えると視点番号も１増える順列となっている（ただし、ｋの次は１）。
【０１１８】
［条件８］
縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス領域内の画素配列について、同じ水平方向位置（ｘ座標）を有する、異なる状態の光を発する画素群間での視点番号のシフト量は各種類の組み合わせについて固有である。
【０１１９】
上記条件６〜８を満足する画素配列パターンを実施形態２について考えてみる。
まず、実施形態２の場合、ｎ＝２，ｋ＝８であるから、縦２画素、横８画素のマトリクス領域内の画素配列パターンを考える。
［条件８］については、実施形態２中に既に述べたとおり、水平方向分離バリア１０２の製造容易性などを考慮すると、異なる画素群同士の視点番号のシフト量は４とするのが望ましい。このとき図２７に示したすべてのパターンは条件６〜８を満足している。
【０１２０】
図中の（ａ）の入れ替えなしのパターンでは、Ｐ画素群とＳ画素群とが異なる水平列中に分離して配列されている。また、（ｂ）の１画素毎交互のパターンでは、Ｐ画素群とＳ画素群とが異なる水平列中に１画素毎に交互に分離されて配列されている。
【０１２１】
同様に、（ｃ）の２画素毎交互のパターンでは、Ｐ画素群とＳ画素群とが異なる水平列中に２画素毎交互に分離されて、（ｄ）の４画素毎交互のパターンでは、Ｐ画素群とＳ画素群とが異なる水平列中に４画素毎交互に分離して配列されている。
【０１２２】
図示したもの以外にも、１つの水平列内のＰ画素の数とＳ画素の数との比率をα：βとするとき、
α＋β＝８  （ただし、α，βはともに０または自然数）
を満たすように画素数を設定し、条件６〜８を満たすものであれば本実施形態の画素パターンとして成立する。
【０１２３】
（水平方向分離バリアのバリエーション）
水平方向分離バリアは、光を遮蔽する遮光部と光を選択的に透過する透過フィルタとの組み合わせで構成されている。水平方向分離バリアの満たすべき条件は次のようになる。
【０１２４】
［条件８］
それぞれ異なる状態の光に対して選択的透過性を有するｎ種類の透過フィルタを有し、各種類の透過フィルタの水平方向の中心位置は、任意の視点の水平方向位置と、その視点の視点番号を有しかつそのフィルタが透過する種類の光を放射する画素の水平方向中心位置とを結ぶ直線上にある。
【０１２５】
［条件９］
それぞれ異なる状態の光に対して選択的透過性を有するｎ種類の透過フィルタを有し、各種類の透過フィルタ同士の間隔は、［条件５］または［条件８］で規定された画素群同士の固有のシフト量と、ディスプレイデバイス−水平方向分離バリア間の間隔および水平方向分離バリア−視点面間の間隔によって決定される。
【０１２６】
条件８，９をそれぞれ具体的なパラメータを用いて一般式の形で言い換えると、以下のようになる。
【０１２７】
ディスプレイデバイス（画像表示面）における画素の水平方向ピッチをＨｄ、視点面における視点同士の間隔をＨｅ、ディスプレイデバイスと水平方向分離バリアとの間隔をＬ１、水平方向分離バリアと視点面の間隔をＬ０とするとき、
【０１２８】
【数１３】
2004246153.tif 000015
を満たす。
【０１２９】
また、任意の光の状態の組み合わせｉとｊについて、それぞれを選択的に透過するフィルタ同士の間隔をＨｍ（ｉ−ｊ）、光ｉを発する画素群と光ｊを発するの画素群同士の固有のシフト量をΔｉ−ｊ、ディスプレイデバイスと水平方向分離バリアとの間隔をＬ１、水平方向分離バリアと視点面の間隔をＬ０とするとき、
【０１３０】
【数１４】
2004246153.tif 000016
を満たす。
【０１３１】
すべてのｉとｊの組み合わせについて、（７），（８）式が成り立つことが、水平方向分離バリアの満たすべき条件となる。
【０１３２】
（実施形態４）
実施形態１〜３では、水平方向分離バリアの透過フィルタとして水平幅の小さいスリット状フィルタを用いることを前提としていたが、画像情報光の指向性が保たれるのであれば該フィルタの水平幅を大きくし、光の利用効率を高めることが可能である。これを実現するためには水平方向のみに光の集光性を有するシリンドリカルレンズの集合体（レンチキュラレンズ）を用いることが有効である。
【０１３３】
図２８は、実施形態２の構成に上記レンチキュラレンズを適用した場合の平面図である。図では簡略化のために視点４に収束する光についてのみ、その軌跡を描画しているが、実際にはこれが全視点に拡張される。
【０１３４】
本実施形態において、水平方向分離バリア１０２の各透過フィルタの水平方向中心位置は実施形態２と変わりないが、各透過フィルタの水平方向幅はより大きくなっている。
【０１３５】
図中の１０３はレンチキュラレンズである。レンチキュラレンズ１０３は水平方向分離バリア１０２の近傍に配置され、水平方向分離バリア１０２の各透過フィルタとレンチキュラレンズ１０３の各要素レンズとは１対１で対応している。
【０１３６】
このレンチキュラレンズ１０３は、各要素レンズの主光線の水平成分のうち、画素の水平方向中心を通るものが、その画素に対応する視点位置をも通るように設計・配置されている。このため、実施形態２においてフィルタ（スリット）によって発生させていた光の指向性を同様に発生させることができる。
【０１３７】
さらに、本実施形態では、各視点への光の収束性を高めるため、各画素の水平方向中心と対応する視点とが光学的に共役な関係（但し、水平成分に関してのみ）となるようレンチキュラレンズ１０３を設計・配置している。したがって、対応する画素から出射する画像情報光の水平成分は各要素レンズにより対応する視点に収束する（垂直成分については集光作用は発生しない）。そして、レンチキュラレンズ１０３の対称性、周期性により、こうした性質は他の視点についても成立する。
【０１３８】
このような構成によって、他の実施形態と同様に、多視点の立体画像表示装置を構成することができる。しかも、各フィルタ（スリット）の水平幅が拡大されている分、本実施形態は、他の実施形態に比べて光の利用効率が高いため、より明るい立体像表示が可能となる。
【０１３９】
図２９は、こうした光の利用効率向上をさらに顕著にした構成例の平面図である。この構成例においては、各フィルタ（スリット）の水平幅が最大限に拡大されており、光の遮蔽部分が無くなっている。
【０１４０】
このときの水平方向分離バリア１０２の正面図は図３０のようになる。第１の偏光状態光Ｐを透過する領域と第２の偏光状態光Ｓを透過する領域とが水平方向に交互に並べられている。
【０１４１】
本実施形態では、このような構成の水平方向分離バリア１０２を用いても、レンチキュラレンズ１０３の作用により、各視点に画像情報光が収束するような指向性を発生させることが可能である。
【０１４２】
なお、このようなレンズの集光性を利用して光の利用効率を向上させる方法は、実施形態３で示した一般的な条件を満たす構成のすべてについて適用可能である。
【０１４３】
（実施形態５）
上記実施形態３に説明したように、ｎ通りの状態の光について選択的透過性を有する状態において、
ｋ＝ｎ×ｍ  （ｎは分離可能な光の状態の数、ｍは自然数）
で表される視差画像数（視点の数）ｋの立体画像表示装置を構成する場合、ディスプレイデバイス上での画素配列は、縦ｎ個、横ｋ個のマトリクスを１単位とする画素配列パターンが複数組み合わされて構成される。
【０１４４】
したがって、視差画像数ｋを大きくすると、マトリクスの縦横比ｎ／ｋが小さくなってしまう傾向がある。これは、ｎはここまでの各実施形態で説明したとおり、２，３，６といった比較的小さい値をとるからである。
【０１４５】
例えば、視差画像数ｋ＝５０，ｎ＝２（実施形態２で説明した偏光状態による選択的透過性を採用）のとき、ｎ／ｋ＝１／２５となり、横（水平）方向に長いマトリクスとなってしまう。
【０１４６】
図３１および図３２は、水平方向に長いマトリクス状に画素配置がなされた場合の不都合を説明するための図である。
【０１４７】
図３１には、ｋ＝５０，ｎ＝２の場合のディスプレイデバイス１０１での画素配列を示している。この画素配列で構成された立体画像表示装置を用いて、視点１から画像を観察する場合、観察者は図３２に示すような画像を見ることになる。この画像は、図１５で示した従来方式の多視点立体画像表示装置にて観察した画像と同様に、横方向の画像の不連続性が顕著であり、原画像の情報を類推することが困難となってしまう。つまり、視点数ｋを大きくした場合、解像度劣化の度合いが縦方向と横方向で不均衡な状態になってしまう。こうした不都合を解決するためには、マトリクスの縦横比ｎ／ｋが小さくならないよう工夫する必要がある。
【０１４８】
本実施形態では、垂直方向の指向性を制御する光学素子アレイ（垂直方向制御手段：以下、垂直指向性制御アレイと称す）１０４を導入することで、上記の不都合を解決している。
【０１４９】
図３３および図３５は、垂直指向性制御アレイ１０４の機能を説明するための側面図である。垂直指向性制御アレイ１０４はディスプレイデバイス１０１上のある高さの画素から出射した光を、水平方向分離バリア１０２上の所定の高さ（水平方向分離バリア１０２における透過フィルタの各水平列の位置）に指向させる作用を有する。
【０１５０】
例えば、図３３において、垂直指向性制御アレイ１０４は、母線が水平となるようなシリンドリカルレンズを、画素の高さ方向ピッチと同じピッチで垂直方向に繰り返し配列したものである。また、図３４において、垂直指向性制御アレイ１０４は、水平方向に長く垂直方向に高さが微小であるスリット開口を画素の高さピッチと同じピッチで垂直方向に繰り返し配列したマスクである。
【０１５１】
このとき、ディスプレイデバイス１０１と垂直指向性制御アレイ１０４との間隔と、水平方向分離バリア１０２と垂直指向性制御アレイ１０４との間隔とは等しい。特に、図３３に示す構成の場合、シリンドリカルレンズによって、ディスプレイデバイス１０１の画素は水平方向分離バリア１０２上に垂直方向に関して等倍結像している。なお、以後の説明においては、垂直方向位置の等しい画素の集合（水平列）を「画素ライン」と呼び、画素ラインごとに異なるアルファベット符号を付す。また、水平方向分離バリア１０２における各画像ラインに対応した垂直方向位置にある透過フィルタの水平列が形成された領域を「フィルタライン」と呼び、対応する画素ラインの符号に「’」を付して表す。
【０１５２】
図３３および図３４において、ディスプレイデバイス１０１上の画素ラインａから出射した光は水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインａ’に、ディスプレイデバイス１０１上の画素ラインｂから出射した光は水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインｂ’に、というように、ディスプレイデバイス１０１上のそれぞれ画素ラインから該画素ラインと同じ高さの水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインに向けて光が指向される。
【０１５３】
このように、垂直指向性制御アレイ１０４を用いれば、ディスプレイデバイス１０１上の各画素の垂直方向位置と、それら画素から出射する光が水平方向分離バリア１０２上にて入射する垂直方向位置との対応を一意的に定めることができる。但し、ディスプレイデバイス１０１上の画素の垂直方向位置と水平方向分離バリア１０２上の水平方向入射位置との対応は、実際には１対１対応とはならず、１対多対応である。図３５にこのことを示している。
【０１５４】
図３５において、画素ラインａから出射する光は上下方向に拡がりをもっているので、水平方向分離バリア１０２上の同じ垂直方向位置のフィルタラインａ’以外にも到達する。このとき、垂直指向性制御アレイ１０４の作用により、水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインａ’，ｃ’，ｅ’，ｇ’…というように垂直方向に１つおきの領域となる。同様のことが画素ラインａに限らずすべての画素ラインについて成り立つ。
【０１５５】
図３５中の水平方向分離バリア１０２の右側に示した表は、水平方向分離バリア１０２のａ’〜ｊ’の各フィルタラインに、どの画素からの光が到達するかを示したものである。例えば、表の最上列は、水平方向分離バリア１０２のフィルタラインａ’に入射する光を発する画素ラインの符号を示している。
【０１５６】
これによれば、水平方向分離バリア１０２のフィルタラインａ’，ｃ’，ｅ’，ｇ’，ｉ’に入射する光は、画素ラインａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉからの光であり、フィルタラインｂ’，ｄ’，ｆ’，ｈ’，ｊ’に入射する光は画素ラインｂ，ｄ，ｆ，ｈ，ｊからの光となっている。
【０１５７】
つまり、垂直指向性制御アレイ１０４は、ディスプレイデバイス１０１上の上から奇数番目の画素ラインからの光を、水平方向分離バリア１０２上の上から奇数番目のフィルタラインに指向させ、ディスプレイデバイス１０１上の上から偶数番目のラインからの光を、水平方向分離バリア１０２上の上から偶数番目のフィルタラインに指向させる作用を有することになる。言い換えると、このときの垂直指向性制御アレイ１０４は垂直方向に連続した（隣り合う）複数の画素ラインから出た光を、水平方向分離バリア１０２上の２つの異なるフィルタラインに分離投影する作用を有している。
【０１５８】
このとき、画素ラインｃ，ｅ，ｇ，ｉを画素ラインａと等価なものとし、画素ラインｄ，ｆ，ｈ，ｉを画素ラインｂと等価なものとすると、図３６のような関係が成り立つ。すなわち、画素ラインａから出た光は水平方向分離バリア１０２上の上から奇数番目のフィルタラインに、画素ラインｂから出た光は水平方向分離バリア１０２上の上から偶数番目のフィルタラインに分離されて投影される。
【０１５９】
垂直指向性制御アレイ１０４のこのような作用を利用すれば、前述した画素配列のマトリクスの縦横比ｎ／ｋを大きくすることができる。
【０１６０】
図３７〜図４１を用いて、このことを説明する。ここでは、実施形態２と同様に、光の偏光状態の違いを利用した画像分離を行う。但し、実施形態２では、画素配置パターンとして縦２個、横ｋ個（ｋは視点の数）のマトリクス配置パターンを採用していたが、本実施形態では、縦４個、横ｋ個（ｋは視点の数）のマトリクス配置パターンを採用する。
【０１６１】
図３７は、ディスプレイデバイス１０１上の画素配列パターンを示す正面図である。画素ごとに割り当てられている符号は、図１７と同様に、数字が視差画像情報の番号（何番目の視点から観察される画像情報か）を表し、Ｐ，Ｓが偏光状態を示している。
【０１６２】
本実施形態では、８視点の立体表示を行うため、どの画素ラインにおいても１〜８の視差画像情報が水平方向に循環配列されており、図中の太線枠で囲まれた領域内の画素配列パターンがディスプレイデバイス１０１の全体に繰り返し配置されている。
【０１６３】
これらの画素配列は、実施形態３にて示した一般条件に準ずるが、本実施形態では垂直方向２ラインごとに各偏光状態の光Ｐ，Ｓを発する画素が繰り返し配列されている点がこれまでの実施形態と異なる。
【０１６４】
図３８は、本実施形態の側面図およびディスプレイデバイス１０１から水平方向分離バリア１０２への光の分離投影パターンを示す表である。
【０１６５】
画素ラインａおよびｃから出た光はいずれもフィルタラインａ’，ｃ’に重畳して入射するが、画素ラインａからは第１の偏光状態光Ｐが、画素ラインｃからは第２の偏光状態光Ｓが出射する。
【０１６６】
一方、画素ラインｂおよびｄから出た光はいずれもフィルタラインｂ’，ｄ’に重畳して入射するが、画素ラインｂからは第１の偏光状態光Ｐが、画素ラインｄからは第２の偏光状態光Ｓが出射する。
【０１６７】
図３９は、図３７の画素配列パターンに対応する、本実施形態の水平方向分離バリア１０２の構成を示す正面図である。フィルタラインａ’およびｃ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインａからの光（第１の偏光状態光Ｐ）を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｃからの光（第２の偏光状態光Ｓ）を透過させるために用いられる。
【０１６８】
一方、水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインｂ’およびｄ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｂからの光（第１の偏光状態光Ｐ）を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｄからの光（第２の偏光状態光Ｓ）を透過させるために用いられる。
【０１６９】
ここで、水平方向分離バリア１０２において、垂直方向位置が異なる透過フィルタの水平列に属し、かつ特性が異なるＰ透過フィルタとＳ透過フィルタは、垂直方向にて互いに位置が重複しないように（水平方向位置が互いにシフトするように）配置されている。
【０１７０】
なお、本実施形態において異なる偏光状態の光を発する画素の配列パターンや水平方向分離バリアのフィルタ配置パターンを形成するために、図２６に示したようなパターン化された位相差板を利用するとよい。
【０１７１】
図４０は画素ラインａおよびｃからの光の水平方向成分が各視点に到達する様子を示す平面図、図４１は画素ラインｂおよびｄからの光の水平方向成分が各視点に到達する様子を示す平面図である。
【０１７２】
これらの図から、他の実施形態と同様に、各画素から出た光の水平方向成分は正しく、対応する視点に導かれていることがわかる。
【０１７３】
このとき注目すべきは、図４０で示される関係と図４１で示される関係とが、１画素ラインごとに交互に独立に成立していることである。つまり、図３７の画素配列パターンに図３９の水平方向分離バリア１０２の透過フィルタの配置パターンを組み合わせると、４つの異なる画素ラインからの光を、それぞれ水平方向の所望の方向に独立に指向させることが可能となる。
【０１７４】
このように、図３３および図３５で示したような垂直指向性制御アレイ１０４と図３７で示したような画素配列および図３９で示したような水平方向分離バリア１０２を用いれば、前述した画素配列のマトリクスの縦横比が、
ｎ／ｋ＝４／８＝１／２
となる。これにより、垂直指向性制御アレイ１０４を用いない場合（実施形態２の場合）のマトリクス縦横比ｎ／ｋ＝２／８＝１／４と比べると２倍の縦横比を実現することができ、視点数ｋを大きくした場合に解像度劣化の度合いが縦方向と横方向とで不均衡になるという問題を改善することができる。
【０１７５】
同様の改善方法は、偏光状態で光を分離する以外の水平方向分離バリアを用いた場合でも実現できる。実施形態１に示したＲＧＢの３つの色成分（波長域）による光分離を行うものを本実施形態に適用した場合を以下に示す。
【０１７６】
図４２は、ディスプレイデバイス１上の画素の配列パターンを示す正面図である。画素ごとに割り当てられている符号は、図１７と同様に、数字が視差画像情報の番号（何番目の視点から観察される画像情報か）を表し、ＲＧＢは色成分を示している。本実施形態では、１２視点の立体表示を行うため、各画素ラインにおいて１〜１２の視差画像情報が水平方向に循環配列されており、図中太線枠で囲まれた領域内の画素配列パターンがディスプレイデバイス１の全体に繰り返し配置されている。
【０１７７】
これらの画素配列は、実施形態３にて説明した一般条件に準ずるが、本実施形態では、垂直方向の２ラインごとに各色成分Ｒ，Ｇ，Ｂの画素が繰り返し配列されている点がこれまでの実施形態との相違点である。
【０１７８】
図４３は、本実施形態の側面図およびディスプレイデバイス１から水平方向分離バリア２への光の分別投影パターンを示す表である。
【０１７９】
画素ラインａ，ｃ，ｅから出た光はいずれも水平方向分離バリア２のフィルタラインａ’，ｃ’，ｅ’に重畳して入射するが、画素ラインａからの光の色はＲ、画素ラインｃからの光の色はＧ、画素ラインｅからの光の色はＢとなっている。
【０１８０】
一方、画素ラインｂ，ｄ，ｆから出た光はいずれも水平方向分離バリア２のフィルタラインｂ’，ｄ’，ｆ’に重畳して入射するが、画素ラインｂからの光の色はＲ、画素ラインｄからの光の色はＧ、画素ラインｆからの光の色はＢとなっている。
【０１８１】
図４４は、図４２の画素配列パターンに対応する、本実施形態の水平方向分離バリア２の構成を示す正面図である。
【０１８２】
フィルタラインａ’，ｃ’，ｅ’に配置されるＲ透過フィルタは画素ラインａからの光を透過させるために用いられ、Ｇ透過フィルタは画素ラインｃからの光を透過させるために用いられる。また、Ｂ透過フィルタは画素ラインｅからの光を透過させるために用いられる。
【０１８３】
一方、フィルタラインｂ’，ｄ’，ｆ’に配置されるＲ透過フィルタは画素ラインｂからの光を透過させるために用いられ、Ｇ透過フィルタは画素ラインｄからの光を透過させるために用いられ、Ｂ透過フィルタは画素ラインｆからの光を透過させるために用いられる。
【０１８４】
ここで、水平方向分離バリア２において、垂直方向位置が異なる透過フィルタの水平列に属し、かつ特性が異なるＲ，Ｇ，Ｂ透過フィルタは、垂直方向にて互いに位置が重複しないように（水平方向位置が互いにシフトするように）配置されている。
【０１８５】
図４５は画素ラインａ，ｃ，ｅからの光の水平方向成分が各視点に到達する様子を示す平面図、図４６は画素ラインｂ，ｄ，ｆからの光の水平方向成分が各視点に到達する様子を示す平面図である。これらの図から、他の実施形態と同様に、各画素から出た光の水平成分が正しく、対応する視点に導かれていることがわかる。
【０１８６】
このとき注目すべきは、図４５で示される関係と図４６で示される関係とが、画素ラインの１ラインごとにすべて独立に成立していることである。つまり、図４２に示した画素配列パターンに図４４に示した水平方向分離バリア２の透過フィルタの配置パターンを組み合わせると、６つの異なる画素ラインからの光を、それぞれ水平方向の所望の方向に独立に指向させることが可能であることがわかる。
【０１８７】
このように、図３３および図３５で示されたような垂直指向性制御アレイ４と図４２で示したような画素配列および図４４で示したような水平方向分離バリア２とを用いれば、前述した画素配列のマトリクスの縦横比ｎ／ｋ＝６／１２＝１／２となる。これにより、垂直指向性制御アレイ４を用いない場合（実施形態１の場合）のマトリクス縦横比ｎ／ｋ＝３／１２＝１／４と比べて２倍の縦横比を実現することができ、視点数ｋを大きくした場合に解像度劣化の度合いが縦方向と横方向で不均衡になるという問題を改善することができる
上記２つの実施形態より次のことが明らかである。
【０１８８】
すなわち、実施形態１から３では、「ｎ通りの状態の光について選択的透過性を有する」水平方向分離バリアを用いると、縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス（但し、ｋは視点の数で、ｋ＝ｍ×ｎ〈ｋ，ｍ，ｎはいずれも自然数〉なる関係を有する）によって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成できたが、本実施形態では、画素の高さと同じ垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いると、縦２ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成することができる。
【０１８９】
もちろん、本実施形態のような構成においても、実施形態４（図２８，２９）において示したレンチキュラレンズなどを水平方向分離バリアの近傍に配置することで、光の利用効率の向上を図ることができる。
【０１９０】
図５９は、図２８に示した実施形態において、レンチキュラレンズ１０３を水平方向分離バリア１０２の近傍に配置する場合の、水平方向分離バリア１０２の透過フィルタの配置パターンを示す正面図である。
【０１９１】
図中の点線はレンチキュラレンズ１０３の各要素レンズの境界を示している。各透過フィルタの水平幅は、レンチキュラレンズ１０３の各要素レンズの幅まで拡張されている。これにより、観察者が認識する画像は、レンチキュラレンズを使用しない場合に比べて明るいものとなる。
【０１９２】
なお、この場合も、水平方向分離バリア１０２において、垂直方向位置が異なる透過フィルタの水平列に属し、かつ特性が異なるＰ透過フィルタとＳ透過フィルタは、垂直方向にて互いに位置が重複しないように（水平方向位置が互いにシフトするように）配置されている。
【０１９３】
（実施形態６）
上記実施形態５では、画素の高さと同じ垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いて、縦２ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンによる立体画像表示装置を構成した。本実施形態では、垂直指向性制御アレイの垂直方向の繰り返し周期を別の値に変更している。なお、本実施形態では、実施形態２と同様に光の偏光状態の違いを利用した画像分離の例を示すが、画像分離方法はこれに限定されるものではなく、実施形態１のように色成分で分離してもよい。
【０１９４】
図４７には、ディスプレイデバイス１０１上の画素の配列パターンを示す正面図である。画素ごとに割り当てられている符号は、図１７と同様に、数字が視差画像情報の番号（何番目の視点から観察される画像情報か）を表し、Ｐ，Ｓは偏光状態を示している。本実施形態では、８視点の立体表示を行うため、いずれの画素ラインにおいても１〜８の視差画像情報が水平方向に循環配列されており、図中太線枠で囲まれた領域内の画素配列パターンがディスプレイデバイス１０１の全体に繰り返し配置されている。
【０１９５】
但し、本実施形態は、実施形態５と異なり、縦８個、横８個のマトリクスによって上記画素配列パターンが構成されている。また、画素についても、本実施形態では、垂直方向４ラインごとに第１の偏光状態光Ｐを発する画素ラインと第２の偏光状態光Ｓを発する画素ラインが繰り返し配列されている。
【０１９６】
図４８は、本実施形態の側面図と、ディスプレイデバイス１０１から水平方向分離バリア１０２への光の分離投影パターンを示す表である。本実施形態においては、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向の繰り返し周期が、画素の高さの２倍となっているため、実施形態５とは異なる分離投影パターンとなる。
【０１９７】
ディスプレイデバイス１０１の画素ラインａおよびｅから出た光は、いずれも水平方向分離バリア１０２のフィルタラインｂ’，ｆ’に重畳して入射するが、画素ラインａからの光は第１の偏光状態光Ｐであり、画素ラインｆからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０１９８】
同様に、画素ラインｂおよびｆから出た光は、いずれもフィルタラインａ’，ｅ’に重畳して入射するが、画素ラインｂからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｆからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０１９９】
画素ラインｃおよびｇから出た光は、いずれもフィルタラインｄ’，ｈ’に重畳して入射するが、画素ラインｃからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｇからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２００】
さらに、画素ラインｄおよびｈから出た光は、いずれもフィルタラインｃ’，ｇ’に重畳して入射するが、画素ラインｄからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｈからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２０１】
図４９は、図４７に示した画素配列パターンに対応する、本実施形態の水平方向分離バリア１０２の構成を示す正面図である。
【０２０２】
フィルタラインａ’およびｅ’に配置されるＰ透過フィルタは、画素ラインｂからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｆからの光を透過させるために用いられる。また、フィルタラインｂ’，ｆ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインａからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｅからの光を透過させるために用いられる。
【０２０３】
さらに、フィルタラインｃ’，ｇ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｄからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｈからの光を透過させるために用いられる。
【０２０４】
また、フィルタラインｄ’およびｈ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｃからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｇからの光を透過させるために用いられる。
【０２０５】
ここで、水平方向分離バリア１０２において、垂直方向位置が異なる透過フィルタの水平列に属し、かつ特性が異なるＰ透過フィルタとＳ透過フィルタは、垂直方向にて互いに位置が重複しないように（水平方向位置が互いにシフトするように）配置されている。
【０２０６】
上記図４７〜４９に示した構成によれば、他の実施形態と同様に、各画素から出た光の水平成分が正しく、対応する視点位置に導かれる。
【０２０７】
このとき注目すべきは、各画素ラインからの光の水平成分の分離はすべて１画素ラインごとに独立に成立していることである。つまり、図４７に示した画素配列パターンに図４９に示した水平方向分離バリア１０２の透過フィルタの配置パターンを組み合わせると、８つの異なる画素ラインからの光を、それぞれ水平方向の所望の方向に独立に指向させることが可能である。
【０２０８】
このように、図４８で示されたような垂直指向性制御アレイ１０４と図４７で示したような画素配列および図４９で示したような水平方向分離バリア１０２とを用いれば、前述した画素配列のマトリクスの縦横比は、
ｎ／ｋ＝８／８＝１
となり、垂直指向性制御アレイ１０４を用いない場合（実施形態２の場合）のマトリクス縦横比ｎ／ｋ＝２／８＝１／４と比べて、４倍の縦横比を実現することができる。これにより、視点数ｋを大きくした場合に解像度劣化の度合いが縦方向と横方向で不均衡になるという問題を改善することができる。
【０２０９】
なお、同様の改善は、偏光状態を利用する以外の光分離方法補を用いた場合でも実現できる。一般的には次のことが明らかである。
【０２１０】
すなわち、上記実施形態１〜３では、「ｎ通りの状態の光について選択的透過性を有する」水平方向分離バリアを用いると、縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス（但し、ｋは視点の数で、ｋ＝ｍ×ｎ〈ｋ，ｍ，ｎはいずれも自然数〉なる関係を有する）によって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成できたが、本実施形態では、画素の高さの２倍の垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いると、縦４×ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成することができる。
【０２１１】
次に、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向の繰り返し周期を画素の高さの３倍としたときの実施形態を示す。
【０２１２】
図５０は、ディスプレイデバイス１０１上の画素配列パターンを示す正面図である。本実施形態では、１２視点の立体表示を行うため、いずれの画素ラインにおいても１〜１２の視差画像情報が水平方向に循環配列されており、図中太線枠で囲まれた領域内の画素配列パターンがディスプレイデバイス１０１の全体に繰り返し配置されている。さらに、上記画素配列パターンは、縦１２個、横１２個のマトリクス状に構成されている。また、画素については、垂直方向６ラインごとに、第１の偏光状態光Ｐを発する画素と第２の偏光状態光Ｓを発する画素とが繰り返し配列されている。
【０２１３】
図５１は、本実施形態の側面図およびディスプレイデバイス１０から水平方向分離バリア１０２への光の分離投影パターンを示す表である。本実施形態においては、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向繰り返し周期は、画素の高さの３倍となっている。
【０２１４】
ディスプレイデバイス１０１の画素ラインａおよびｇから出た光は、いずれも水平方向分離バリア１０２のフィルタラインｃ’，ｉ’に重畳して入射するが、画素ラインａからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｇからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２１５】
同様に、画素ラインｂおよびｈから出た光は、いずれもフィルタラインｂ’，ｈ’に重畳して入射するが、画素ラインｂからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｈからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２１６】
画素ラインｃおよびｉから出た光は、いずれもフィルタラインａ’，ｇ’に重畳して入射するが、画素ラインｃからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｉからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２１７】
画素ラインｄおよびｊから出た光は、いずれもフィルタラインｆ’，ｌ’に重畳して入射するが、画素ラインｄからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｊからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２１８】
画素ラインｅおよびｋから出た光は、いずれもフィルタラインｅ’，ｋ’に重畳して入射するが、画素ラインｅからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｋからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２１９】
さらに、画素ラインｆおよびｌから出た光は、いずれもフィルタラインｄ’，ｊ’に重畳して入射するが、画素ラインｆからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｌからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２２０】
図５２は、図５０の画素配列パターンに対応する、本実施形態の水平方向分離バリア１０２の構成を示す正面図である。フィルタラインａ’およびｇ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｃからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｉからの光を透過させるために用いられる。
【０２２１】
フィルタラインｂ’，ｈ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｂからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｈからの光を透過させるために用いられる。
【０２２２】
フィルタラインｃ’，ｉ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインａからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｇからの光を透過させるために用いられる。
【０２２３】
フィルタラインｄ’，ｊ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｆからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｌからの光を透過させるために用いられる。
【０２２４】
フィルタラインｅ’，ｋ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｅからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｋからの光を透過させるために用いられる。
【０２２５】
フィルタラインｆ’およびｌ’に配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｄからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｊからの光を透過させるために用いられる。
【０２２６】
ここで、水平方向分離バリア１０２において、垂直方向位置が異なる透過フィルタの水平列に属し、かつ特性が異なるＰ透過フィルタとＳ透過フィルタは、垂直方向にて互いに位置が重複しないように（水平方向位置が互いにシフトするように）配置されている。
【０２２７】
上記図５０〜５２に示した構成によれば、他の実施形態と同様に、各画素から出た光の水平成分は正しく、対応する視点位置に導かれる。
【０２２８】
このとき注目すべきは、各画素ラインからの光の水平成分の分離はすべて１画素ラインごとに独立に成立していることである。
【０２２９】
つまり、図５０に示した画素配列パターンに、図５２に示した水平方向分離バリアの透過フィルタの配置パターンを組み合わせると、１２の異なる画素ラインからの光を、それぞれ水平方向の所望の方向に独立に指向させることが可能である。
【０２３０】
このように、画素の高さの３倍の垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いると、縦６×ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成することができる。
【０２３１】
上記２種類の垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いた実施形態により、一般的に次のことが明らかである。
【０２３２】
上記実施形態１〜３では、「ｎ通りの状態の光について選択的透過性を有する」水平方向分離バリアを用いると、縦ｎ個、横ｋ個のマトリクス（但し、ｋは視点の数で、ｋ＝ｍ×ｎ〈ｋ，ｍ，ｎはいずれも自然数〉なる関係を有する）によって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成できたが、本実施形態によれば、画素の高さのｐ倍の垂直方向の繰り返し周期を有する垂直指向性制御アレイを用いると、縦２×ｐ×ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンを用いて立体画像表示装置を構成することができる。
【０２３３】
（実施形態７）
上記実施形態５，６では、画素の高さのｐ倍の垂直方向の繰り返し周期を有する垂直縦指向性制御アレイを用いて、縦２×ｐ×ｎ個、横ｋ個のマトリクスによって構成される画素配列パターンによる立体画像表示装置を構成した。本実施形態では、垂直指向性制御アレイによる分離投影時の横倍率（垂直指向性制御アレイのディスプレイデバイスに対する水平方向分離バリアへの垂直方向の投影倍率）βを１より大きい値とした例を示している。なお、本実施形態では、実施形態２と同様に、光の偏光状態の違いを利用した画像分離の例を示すが、画像分離方法はこれに限定されるものではなく、実施形態１のように色成分（波長域）で分離する方法でもよい。
【０２３４】
図５３は、ディスプレイデバイス１０１上の画素の配列パターンを示す正面図である。本実施形態では、１２視点の立体表示を行うため、いずれの画素ラインにおいても１〜１２の視差画像情報が水平方向に循環配列されており、図中太線枠で囲まれた領域内の画素配列パターンがディスプレイデバイス１の全体に繰り返し配置されている。ただし、本実施形態では、縦１２個、横６個のマトリクスによって上記画素配列パターンが構成されている。
【０２３５】
また、画素については、本実施形態では、垂直方向３ラインごとに第１の偏光状態光Ｐを発する画素と第２の偏光状態光Ｓを発する画素とが繰り返し配列されている。
【０２３６】
図５４は、本実施形態の側面図およびディスプレイデバイス１０１から水平方向分離バリア１０２への光の分離投影パターンを示す表である。本実施形態においては、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向の繰り返し周期は、画素の高さの２倍であり、ディスプレイデバイス１０１から水平方向分離バリア１０２の光の垂直方向の投影横倍率βが２倍（＞１）となっているため、実施形態５，６とは異なる分離投影パターンとなる。
【０２３７】
ディスプレイデバイス１０１の画素ラインａおよびｄから出た光は、いずれも水平方向分離バリア１０２のフィルタラインｅ’，ｆ’に重畳して入射するが、画素ラインａからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｄからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２３８】
画素ラインｂおよびｅから出た光は、いずれもフィルタラインｃ’，ｄ’に重畳して入射するが、画素ラインｂからの光は第１の偏光状態光Ｐで、画素ラインｅからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２３９】
画素ラインｃおよびｆから出た光は、いずれもフィルタラインａ’，ｂ’に重畳して入射するが、画素ラインｃからの光は第１の偏光状態光Ｐ、画素ラインｆからの光は第２の偏光状態光Ｓとなっている。
【０２４０】
本実施形態の場合、特徴的なのは、投影される光の垂直方向高さが、水平方向分離バリア１０２上では元の画素の高さの２倍となっている点である。
【０２４１】
図５５は、図５３の画素配列パターンに対応する、本実施形態の水平方向分離バリア１０２の構成を示す正面図である。
【０２４２】
フィルタラインａ’とｂ’とにまたがって配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｃからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｆからの光を透過させるために用いられる。
【０２４３】
フィルタラインｃ’とｄ’とにまたがって配置されるＰ透過フィルタは画素ラインｂからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｅからの光を透過させるために用いられる。
【０２４４】
さらに、フィルタラインｅ’とｆ’とにまたかって配置されるＰ透過フィルタは画素ラインａからの光を透過させるために用いられ、Ｓ透過フィルタは画素ラインｂからの光を透過させるために用いられる。
【０２４５】
上記図５３〜５５に示した構成によれば、他の実施形態と同様に、各画素から出た光の水平成分は正しく、対応する視点に導かれる。
【０２４６】
このとき注目すべきは、各画素ラインからの光の水平成分の分離はすべて１画素ラインごとに独立に成立していることである。つまり、図５０に示した画素配列パターンに、図５２に示した水平方向分離バリア１０２の透過フィルタの配置パターンを組み合わせると、６つの異なる画素ラインからの光を、それぞれ水平方向の所望の方向に独立に指向させることが可能である。
【０２４７】
このように、光の分離投影時の横倍率βが２である垂直指向性制御アレイ１０４を用いても、他の実施形態と同様の立体像表示装置を構成することができる。
【０２４８】
実施形態５や本実施形態からも分かるとおり、垂直指向性制御アレイの分離投影横倍率βや垂直方向の繰り返し周期ｐ（＝画素の高さを１としたときの倍数）といったパラメータにはある程度自由度があり、装置に要求される仕様に応じて、設計時にこれらのパラメータを組み合わせて設定することができる。βとｐの値の設定の仕方について図５６を用いて説明する。
【０２４９】
本実施形態の装置が成立するためには、水平方向分離バリア１０２上での画素の像は垂直方向に関して互いに完全に重畳しているか、全く重畳しないかのどちらかでなければならない。これは、部分的な重畳領域が存在していると、分離が困難となるためである。したがって、図５６に示すような幾何関係が成立していることが必要である。
【０２５０】
図５６では、すべての画素から出た光の垂直方向成分が、水平方向分離バリア１０２上のフィルタラインｂ’に重畳している状態を示している。このような関係が成り立っていれば、水平方向分離バリア１０２上の他のフィルタラインａ’，ｃ’，ｄ’…についても同様の関係が成り立つ。
【０２５１】
図中のパラメータは、ディスプレイデバイス１０１から垂直指向性制御アレイ１０４までの距離がＬ１、垂直指向性制御アレイ１０４から水平方向分離バリア１０２までの距離がＬ２、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向の繰り返し周期がｐ’となっている。
【０２５２】
垂直指向性制御アレイ１０４の光の分離投影横倍率がβであるとき、ディスプレイデバイス１０１上の画素の高さを１とすると、水平方向分離バリア２上に投影される画素の像の垂直方向高さはβとなる。
【０２５３】
このとき、幾何的関係から、
ｐ’＝Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）
β＝Ｌ２／Ｌ１
なる関係が成立し、
ｐ’＝β／（β＋１）
であることがわかる。
【０２５４】
水平方向分離バリア１０２上での画素の像が、垂直方向に関して互いに完全に重畳しているか、全く重畳しないかのどちらかとなるためには、垂直指向性制御アレイ１０４の垂直方向の繰返し周期が上記のｐ’または、ｐ’の自然数倍でなければならない。このため、垂直指向性制御アレイ１０４のとるべき垂直方向繰返し周期をｐは、
ｐ＝ｐ’×ｑ  （但し、ｑは自然数）
なる関係が成立する。
【０２５５】
また、ｐ’＝β／（β＋１）を代入すると、
ｐ＝β／（β＋１）×ｑ
となる。
【０２５６】
そして、ディスプレイデバイス１０１上の画素配列マトリクスの垂直方向の画素数をｎ’とすると、水平方向分離バリア１０２が選択的に透過できる光の状態の数ｎを用いて、
ｎ’＝ｎ×ｑ  （但し、ｑは、（β＋１）／β×ｐを満足するような自然数）
なる関係が認められる。
【０２５７】
例えば、２つの偏光状態による分離方法を用いて、β＝３、ｎ’＝８となるように本装置を構成する場合は、ｎ＝２より、
ｐ＝３／４×ｑ
ｎ’＝２×ｑ
となり、ｑ＝２、ｐ＝８／３が得られる。
【０２５８】
上記のようにして、β，ｐ，ｎ’を求めていけば、設計の自由度がきわめて高くなる。
【０２５９】
下表は、ｎ＝２の場合のこれらのパラメータの組み合わせの例である。
【０２６０】
【表１】
2004246153.tif 000017
＠０１５
＠０１５
ここまで述べてきた各実施形態において、ディスプレイデバイス上の各画素ラインと水平方向分離バリア上の各フィルタラインとは高さが等しいものとした。しかし、そのような構成の場合、図５７に示したように、観察者Ｍの眼とディスプレイデバイス１の画素各ラインとを結ぶ方向線上に水平方向分離バリア２の各領域が正しく配置されないため、意図した性能が得られないことがある。
【０２６１】
そこで、図５８に示すように、水平方向分離バリア２上の各フィルタラインの高さを縮小し、観察者Ｍの眼とディスプレイデバイス１の各画素ラインとを結ぶ方向線上に水平方向分離バリア２の各フィルタラインが正しく配置されるよう設計することが有効である。
【０２６２】
このときの水平方向分離バリア２上の各フィルタラインの高さの縮小倍率をα、水平方向分離バリア２から観察者Ｍまでの距離をＬ３、ディスプレイデバイス１から観察者Ｍまでの距離をＬ４とすると、
α＝Ｌ３／Ｌ４
という関係が成り立つ。
【０２６３】
このとき、垂直指向性制御アレイ４の垂直方向の繰返し周期ｐについても、投影横倍率βにαを乗じた、
β’＝αβ
を採用し、βの代わりに上記β’を代入した関係式、
ｐ＝β／（β＋１）×ｑ  ＝αβ／（αβ＋１）×ｑ  （但し、ｑは自然数）
より求めたｐを採用するのが望ましい。
【０２６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多視点の立体画像表示装置において、各観察領域から観察される視差画像の不連続性を緩和することができ、高品位の立体表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である立体画像表示装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】上記実施形態１の立体画像表示装置に用いられるディスプレイデバイスにおける画素配置を示す正面図。
【図３】上記実施形態１の立体画像表示装置に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図４】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図５】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図６】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図７】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図８】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図９】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図１０】上記実施形態１の立体画像表示装置の平面図。
【図１１】上記実施形態１の立体画像表示装置に用いることが可能なモノクロのディスプレイデバイスと色フィルタとを示す正面図。
【図１２】上記実施形態１の立体画像表示装置により観察される画像の説明図。
【図１３】上記実施形態１の立体画像表示装置により観察される画像の説明図。
【図１４】上記実施形態１の立体画像表示装置のディスプレイデバイスに表示される原画像の図。
【図１５】従来の立体画像表示装置で観察される画像の図。
【図１６】上記実施形態１の立体画像表示装置で観察される画像の図。
【図１７】本発明の実施形態２である立体画像表示装置に用いられるディスプレイデバイスにおける画素配置を示す正面図。
【図１８】上記実施形態２の立体画像表示装置に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図１９】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２０】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２１】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２２】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２３】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２４】上記実施形態２の立体画像表示装置の平面図。
【図２５】上記実施形態２の立体画像表示装置に用いることが可能なモノクロのディスプレイデバイスと偏光フィルタとを示す正面図。
【図２６】上記偏光フィルタを構成する直線偏光板とλ／２板および素通し部の周期的構造を有する光学素子とを示す図。
【図２７】本発明の実施形態３の立体画像表示装置に用いられるディスプレイデバイスの画素配置パターンを示す図。
【図２８】本発明の実施形態３である立体画像表示装置の平面図。
【図２９】上記実施形態３の立体画像表示装置の変形例を示す平面図。
【図３０】上記実施形態３の変形例における水平方向分離バリアの正面図。
【図３１】水平方向に長いマトリクス状に画素配置がなされた場合の不都合を説明するための図。
【図３２】水平方向に長いマトリクス状に画素配置がなされた場合の不都合を説明するための図。
【図３３】本発明の実施形態５である立体画像表示装置における垂直指向性制御アレイ（シリンドリカルレンズアレイ）の機能を説明するための側面図。
【図３４】上記実施形態５である立体画像表示装置における垂直指向性制御アレイ（マスク）の機能を説明するための側面図。
【図３５】上記実施形態５の立体画像表示装置の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図３６】上記実施形態５の立体画像表示装置の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図３７】上記実施形態５の立体画像表示装置におけるディスプレイデバイスの正面図。
【図３８】上記実施形態５の立体画像表示装置の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図３９】上記実施形態５の立体画像表示装置に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図４０】上記実施形態５の立体画像表示装置の平面図。
【図４１】上記実施形態５の立体画像表示装置の平面図。
【図４２】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例におけるディスプレイデバイスの正面図。
【図４３】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図４４】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図４５】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例の平面図。
【図４６】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例の平面図。
【図４７】本発明の実施形態６である立体画像表示装置におけるディスプレイデバイスの正面図。
【図４８】上記実施形態６の立体画像表示装置の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図４９】上記実施形態６の立体画像表示装置に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図５０】上記実施形態６である立体画像表示装置の変形例におけるディスプレイデバイスの正面図。
【図５１】上記実施形態６の立体画像表示装置の変形例の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図５２】上記実施形態６の立体画像表示装置の変形例に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図５３】本発明の実施形態７である立体画像表示装置におけるディスプレイデバイスの正面図。
【図５４】上記実施形態７の立体画像表示装置の側面図および各フィルタラインに到達する光を発する画素ラインを示す表。
【図５５】上記実施形態７の立体画像表示装置に用いられる水平方向分離バリアにおける透過フィルタ配置を示す正面図。
【図５６】上記実施形態７における各パラメータの設定を説明する図。
【図５７】ディスプレイデバイスと水平方向分離バリアとの関係を説明する図。
【図５８】ディスプレイデバイスと水平方向分離バリアとの関係を説明する図。
【図５９】上記実施形態５の立体画像表示装置の変形例におけるレンチキュラレンズの配置と水平方向分離バリアの透過フィルタ配置を示す正面図。
【図６０】従来の立体画像表示装置においてディスプレイデバイス上での視差画像情報の表示態様を示す正面図。
【図６１】従来の立体画像表示装置により観察される画像情報を示す正面図。
【符号の説明】
１，１０１  ディスプレイデバイス
２，１０２  水平方向分離バリア
３，１０３  レンチキュラレンズ
４，１０４  垂直指向性制御アレイ
【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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