(57)【要約】【課題】二次元画像表示装置の画像表示面に表示される画像を所定位置に結像させ、観察者が三次元画像表示を含めた画像を視覚することが可能な画像表示装置と画像表示方法を提供する。【解決手段】画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ１を有してレンズアレイ１２を配置する。レンズアレイ１２は焦点距離がｆ１とｆ２のレンズ１２１とレンズ１２２が配置されている。焦点距離ｆ１とｆ２と距離Ｓ１は、第一結像面１３及び第二結像面１４の形成位置を決め、第一結像面１３はレンズアレイ１２から距離Ｓ３の位置に、第二結像面１４は距離Ｓ２の位置に結像される。即ち、表示面１１の画素１１１は第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１からＳ１＋Ｓ３の位置に、一方、表示面１１の画素１１２は第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１からＳ１＋Ｓ２の位置に夫々結像されることになり、観察者１５はこれらを観ることで立体感を得る。【選択図】　図１
2004144873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元画像表示手段と、
前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなる画像結像手段と、
前記二次元画像表示手段に入力される画像信号を生成する画像信号生成手段と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
二次元画像表示手段と、
前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段と、
前記レンズの夫々の焦点距離に対応し、前記二次元画像表示手段に表示される画像信号を生成する画像信号生成手段と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記画像結像手段は複数のレンズアレイを重ね合わせて構成されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記画像結像手段は、当該画像結像手段による前記二次元画像表示手段の画像が、前記二次元画像表示手段の表示面の前方に結像される位置に設定されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画像結像手段は、当該画像結像手段による前記二次元画像表示手段の画像が、前記二次元画像表示手段の表示面の後方に結像される位置に設定されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記レンズは非球面レンズであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記レンズはフレネルレンズであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記レンズは分布屈折率レンズであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記レンズと前記二次元画像表示手段の間に所定の屈折率を有する部材を挿入すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記レンズと前記二次元画像表示手段の間に、当該レンズ間を光学的に分離する分離手段を設けること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記二次元画像表示手段はブラウン管表示手段であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記二次元画像表示手段は液晶表示手段であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記二次元画像表示手段はＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示手段であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記二次元画像表示手段はプラズマ表示手段であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記レンズは前記二次元画像表示手段の画素の夫々に対応して設けられていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記レンズは前記二次元画像表示手段の所定の画素ブロックに対応して設けられていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記レンズは前記二次元画像表示手段の水平ラインに対応して設けられていること
を特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記レンズは前記二次元画像表示手段の垂直ラインに対応して設けられていること
を特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記画像信号生成手段は、前記表示面に表示される画像に付加される輝度情報及び色彩情報及び大きさに関する情報及びフォーカスに関する情報のうち、少なくとも１つの情報を備えること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項２０】
二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなる画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させること
を特徴とする画像表示方法。
【請求項２１】
二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により前記レンズの夫々の焦点距離に対応して生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させること
を特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元画像表示を含めた画像表示が可能な画像表示装置及び画像表示方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、表示装置としてブラウン管、ＥＬ、液晶、プラズマ等の手段を用いたものがある。それらは表示装置の表示面に表示された画像を直接二次元画像として見る形態のものである。また一方ではこれら表示装置を用い画像を立体として視覚できる三次元画像を表示する三次元画像表示装置があり、種々の形態が提案され実施されてきている。この三次元画像は例えばエンタテイメント、デザイン、医療等の分野で活用され、更なる効果的な三次元画像表示手段が望まれているところである。
【０００３】
三次元画像表示装置の一例として、例えば液晶シャッタ眼鏡方式が良く知られている。この方式はカメラで三次元物体を異なる方向から撮影し、得られた視差情報を含む画像データを合成して１つの画像信号に合成し、二次元表示装置に入力し表示する。観察者は液晶シャッタ眼鏡をかけ、例えば奇数フィールド時に右目用の液晶シャッタを光透過状態とし左目用の液晶シャッタを光遮断状態とし、一方、偶フィールド時に左目用の液晶シャッタが光透過状態とし右目用の液晶シャッタを光遮断状態とする。このとき、奇数フィールドに右目用の画像を、偶フィールドに左目用の画像を同期して表示することで右目用、左目用の視差を含む画像を夫々の目で見ることにより立体像を得るものである。
【０００４】
また、観察者の視線に対して前後方向に複数の表示手段を設け、夫々に表示される物体の輝度から三次元画像を視覚する形態の三次元表示装置がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方式には観察者に装着する装置や表示する画像の三次元表示用の信号処理を必要とし、或いは複数の表示装置を備えたり、または表示装置自体が複雑な構成になるものであった。また、視差を使う方法による三次元画像を見る場合、眼の疲労が大きいと言われている。
【０００６】
従って本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、二次元表示装置の画面に表示される画像を所定位置に結像させ、観察者が二次元画像は勿論、三次元画像表示を含めた画像を視覚することが可能な比較的簡単な構成で効果的な画像表示装置及び画像表示方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、二次元画像表示手段と、前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなる画像結像手段と、前記二次元画像表示手段に入力される画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える画像表示装置であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、二次元画像表示手段と、前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段と、前記レンズの夫々の焦点距離に対応し、前記二次元画像表示手段に表示される画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える画像表示装置であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２０に記載の発明は、二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなる画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させる画像表示方法であることを特徴とする。
【００１０】
更に、請求項２１に記載の発明は、二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により前記レンズの夫々の焦点距離に対応して生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させる画像表示方法であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置は、二次元画像表示手段と、前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなる画像結像手段と、前記二次元画像表示手段に入力される画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える。
【００１３】
本発明の画像表示装置によれば、二次元画像表示手段の表示面の前方に置かれた画像結像手段により、表示面に表示される画像は表示面とは異なる位置に結像される。その結像位置は画像結像手段のレンズの焦点距離と、レンズと表示面との距離の関係に基づいて決定され、表示面から前方、或いは後方に結像される。観察者はこの結像された画像を見ることにより、表示面から前方、または後方に表示画像を視覚することができる。画像表示装置は、その表示面が平面であることが好ましい。また、画像結像手段と二次元画像表示手段との配置により、表示面の大きさよりも大きく、或いは小さく結像させることもできる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置は、二次元画像表示手段と、前記二次元画像表示手段の表示面前方に、当該表示面と平行に設けられた複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段と、前記レンズの夫々の焦点距離に対応し、前記二次元画像表示手段に表示される画像信号を生成する画像信号生成手段とを備える。
【００１５】
本発明の画像表示装置によれば、二次元画像表示手段の表示面の前方に置かれた画像結像手段により、表示面に表示される画像は表示面とは異なる、夫々のレンズの焦点距離と、レンズと表示面との距離の関係に基づいた位置に結像され、観察者は表示面から前方に、または後方に三次元画像として視覚することができる。画像信号生成手段により、夫々のレンズに対応した画像信号が生成され、表示される。画像表示装置は、その表示面が平面であることが好ましい。また、画像結像手段と二次元画像表示手段との配置により、表示面の大きさよりも大きく、或いは小さく結像させることもできる。更に多くの焦点距離の異なるレンズを配置することで、多くの結像面を設定することができ、より滑らかな三次元画像を視覚することができる。
【００１６】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の一態様として、前記画像結像手段は複数のレンズアレイを重ね合わせて構成される。
【００１７】
この態様によれば、焦点距離の異なるレンズアレイや所定の画素に対してのみレンズを備えるレンズアレイが用いられる。また、レンズを設ける部分と設けない部分を同一のサイズで等間隔に配置したレンズアレイでは、２枚のレンズアレイを、レンズのある部分とない部分とを重ね合わせ、表示面から夫々所定の距離に配置することで２つの結像面を得ることができる。同一のレンズアレイを用いるので安価に光学系が構成される。また、組み合わせる２つのレンズアレイの夫々のレンズの焦点距離は異なるものであっても良い。
【００１８】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記画像結像手段は、当該画像結像手段による前記二次元画像表示手段の画像が、前記二次元画像表示手段の表示面の前方に結像される位置に設定される構成とする。
【００１９】
また、前記画像結像手段は、当該画像結像手段による前記二次元画像表示手段の画像が、前記二次元画像表示手段の表示面の後方に結像される位置に設定される構成とする。
【００２０】
この態様によれば、レンズの焦点距離と、レンズと表示面との距離の関係に基づいて、二次元画像表示手段の表示画像の結像位置を、表示面の前方、又は後方に設定することができる。観察者はこの結像画像を見ることで、表示面の前方、又は後方に三次元画像を視覚することができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズは非球面レンズ、フレネルレンズ、分布屈折率レンズの何れも用いることが可能である。
【００２２】
この態様によれば、装置の使用形態、条件等に基づいてレンズの形態を選択することができる。また、レンズは凸レンズ、凹レンズ、或いはフラットな形状のものであっても良い。
【００２３】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズと前記二次元画像表示手段の間に所定の屈折率を有する部材を挿入する。
【００２４】
この態様によれば、レンズと二次元画像表示手段の表示面との間に屈折率の高い透明部材を挿入することで、光学経路が短縮され、装置の小型化、薄型化が図れる。
【００２５】
尚、小型化或いは薄型化のためには、レンズと二次元画像表示手段との間の距離を、レンズ自体で短くすることが好ましいが、これが困難な場合に、本態様を用いることによる効果が大きくなる。
【００２６】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズと前記二次元画像表示手段の間に、当該レンズ間を光学的に分離する分離手段を設ける。
【００２７】
この態様によれば、隣接する画素や周囲からの光を遮断することができるので、結像する画像の品位が向上する。尚、各レンズ自体が隣の画素や周囲からの光の影響が無いレンズであることが好ましいが、これが困難な場合、本形態を用いることで効果が大きい。
【００２８】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記二次元画像表示手段はブラウン管表示手段、液晶表示手段、ＥＬ表示手段、プラズマ表示手段の何れも用いることが可能である。
【００２９】
この態様によれば、二次元画像表示手段として特に表示面が平坦であることが好適であり、ブラウン管表示手段、液晶表示手段、ＥＬ表示手段、プラズマ表示手段等による二次元画像表示手段を画像表示装置の使用形態、条件等に基づいて選択できる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズは前記二次元画像表示手段の画素の夫々に対応して設けられる。
【００３１】
この態様によれば、レンズは二次元画像表示手段の画素の夫々に対応しても設けられるので、全ての画素について明るさや結像の品位が同じレベルとなり、品位の高い像を得ることができる。
【００３２】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズは前記二次元画像表示手段の所定の画素ブロックに対応して設けられる。
【００３３】
この態様によれば、二次元画像表示手段の複数の画素に一つのレンズを対応させるので、レンズアレイの構成が簡単になる。
【００３４】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズは前記二次元画像表示手段の水平ラインに対応して設けられる。
【００３５】
この態様によれば、二次元画像表示手段の水平ラインごとに同一の焦点距離を有するレンズを対応させるので、同一水平ラインの画素は同一結像面に結像することになる。従って同一水平ラインの画素は同一結像面の画像を表示するので、二次元画像表示手段に入力する画像の作成が容易になる。
【００３６】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記レンズは前記二次元画像表示手段の垂直ラインに対応して設けられる。
【００３７】
この態様によれば、二次元画像表示手段の垂直ラインごとに同一の焦点距離を有するレンズを対応させるので、同一垂直ラインの画素は同一結像面に結像することになる。従って同一垂直ラインの画素は同一結像面の画像を表示するので、二次元画像表示手段に入力する画像の作成が容易になる。
【００３８】
本発明の実施の形態に係わる画像表示装置の他の態様として、前記画像信号生成手段は、前記表示面に表示される画像に付加される輝度情報及び色彩情報及び大きさに関する情報及びフォーカスに関する情報のうち、少なくとも１つの情報を備える。
【００３９】
この態様によれば、結像される位置に応じて、より効果的な立体像を得ることができる。即ち、表示内容に従い、輝度、色彩、大きさ、フォーカス感等に変化を付けて、これらの要素を組み合わせて奥行感、立体感をより感じさせる相乗的効果が得られる。例えば、輝度に関しては手前は明るく、奥は暗く陰影を付け、また、大きさに関しては手前は大きく、奥は小さくする。色彩に関しては黄色は手前に見え、青は奥に感じ、また、フォーカス感、即ちピントが合っている場合は手前に感じ、合っていない場合は奥に感じる。このように表示面に表示される画像に、輝度、色彩、大きさ、フォーカス感等の１つ、或いは複数の情報を結像させる位置に従って付加しておき、表示するときにこれらの情報に従って画像変換して出力させる。またはそれらの情報に基づいて変換した画像を蓄積しておいて、順次、出力するようにしても良い。上述した手法を導入することでより効果的な立体像が得られる。
【００４０】
本発明の実施の形態に係わる画像表示方法は、二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなる画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させる方法である。
【００４１】
本発明の画像表示方法によれば、表示面に表示される画像は、表示面とは異なる位置、即ちレンズの焦点距離と、レンズと表示面との距離の関係に基づいて決定される位置に結像され、観察者は表示面から前方に、または後方に表示画像を視覚することができる。
【００４２】
本発明の実施の形態に係わる画像表示方法は、二次元画像表示手段の表示面の前方に、当該表示面と平行に複数のレンズからなり、且つ、夫々のレンズは複数の焦点距離のうちの何れか１つの焦点距離を有する画像結像手段を設け、前記二次元画像表示手段に画像信号生成手段により前記レンズの夫々の焦点距離に対応して生成された画像信号を入力して画像を表示し、当該表示された画像を、前記画像結像手段により前記表示面とは異なる位置に結像させる方法である。
【００４３】
本発明の画像表示方法によれば、表示面に表示される画像は、表示面とは異なる位置、即ち複数のレンズの焦点距離と、それらレンズと表示面との距離の関係に基づいて決定される複数の位置に結像され、観察者はそれら結像された画像を見ることで三次元画像として視覚することができる。
【００４４】
本発明のこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。
【００４５】
【実施例】
（第一の実施例）
本発明に係わる画像表示装置の第一の実施例について図１を参照して説明する。尚、本実施例は表示画像が表示面の前方に結像する形態に関する。
【００４６】
画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ１を有してレンズアレイ１２が配置される。レンズアレイ１２は焦点距離がｆ１のレンズ１２１と焦点距離がｆ２のレンズ１２２が所定の規則に従って配置されている。焦点距離ｆ１と距離Ｓ１は第一結像面１３の結像位置を決定し、観察者１５の方向に向かってレンズアレイ１２から距離Ｓ３の位置に画像は結像される。また、焦点距離ｆ２と距離Ｓ１は第二結像面１４の結像位置を決定し、観察者１５の方向に向かってレンズアレイ１２から距離Ｓ２の位置に画像は結像される。
【００４７】
即ち、表示面１１の画素１１１は第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１からＳ１＋Ｓ３の位置に、一方、表示面１１の画素１１２は第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１からＳ１＋Ｓ２の位置に夫々結像されることになる。観察者１５はこれら第一結像画素１３１及び第二結像画素１４２を観ることで立体感を得ることになる。尚、レンズに所定の画素以外からの外乱光が入射することを防止するために、光遮蔽部材１７をレンズ間に設けても良い。
【００４８】
レンズアレイ１２は全て同一の焦点距離を有するものを同一の平面状に配置することで、表示面１１の前方に飛び出た平面的な画像を形成することも可能である。
【００４９】
また、焦点距離が異なる複数のレンズを所定の規則に従って配置するようにしても良い。焦点距離の数だけ結像面が生じ、一層滑らかな立体画像が得られる。
【００５０】
（第二の実施例）
本発明に係わる画像表示装置の第二の実施例について図２を参照して説明する。画像表示装置の表示面１１に密着させてレンズアレイ１２を配置する。表示面１１の厚み、及びレンズ１２の厚みから距離Ｓ１が発生する。レンズアレイ１２はレンズのない部分と焦点距離がｆ２のレンズ１２２が所定の規則に従って配置されている。焦点距離ｆ２のレンズにより第二結像面１４は観察者１５方向に、レンズアレイ１２から距離Ｓ２の位置に結像される。即ち、表示面１１の画素１１２は第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１からＳ１＋Ｓ２の位置に結像されることになり、一方、レンズでカバーされない画素は表示面１１に表示されたままである。従って観察者１５はこれら表示面１１に表示された画像及び第二結像面１４に結像された画像を観ることで立体感を得ることになる。
【００５１】
また、焦点距離が更に異なる複数のレンズを所定の規則に従って配置するようにしても良い。表示面１１に表示された画像と焦点距離の数だけの結像面の画像により、一層滑らかな立体画像が得られる。尚、焦点距離ｆ２の値によっては表示面１１の後方に結像することになる。
【００５２】
（第三の実施例）
本発明に係わる画像表示装置の第三の実施例について図３を参照して説明する。尚、本実施例は表示画像が表示面の後方に結像する形態に関する。
【００５３】
画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ１を有してレンズアレイ１２が配置される。レンズアレイ１２は焦点距離がｆ１のレンズ１２１と焦点距離がｆ２のレンズ１２２が所定の規則に従って配置されている。焦点距離ｆ１と距離Ｓ１は第一結像面１３の結像位置を決定し、観察者１５の方向に向かってレンズアレイ１２から距離Ｓ３の位置に画像は結像される。また、焦点距離ｆ２と距離Ｓ１は第二結像面１４の結像位置を決定し、観察者１５の方向に向かってレンズアレイ１２から距離Ｓ２の位置に画像は結像される。
【００５４】
即ち、表示面１１の画素１１１は第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１からＳ３−Ｓ１の位置に、一方、表示面１１の画素１１２は第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１からＳ２−Ｓ１の位置に夫々結像されることになり、観察者１５はこれら第一結像面１３と第二結像面１４に結像された画像を観ることで立体感を得ることになる。
【００５５】
レンズアレイ１２は全て同一の焦点距離を有するものを同一の平面状に配置することで、表示面１１から後方に退いた平面的な画像を形成することも可能である。
【００５６】
また、焦点距離が更に異なる複数のレンズを所定の規則に従って配置するようにしても良い。表示面１１に表示された画像と焦点距離の数だけの結像面の画像により、一層滑らかな立体画像が得られる。更に、レンズに所定の画素以外からの外乱光が入射することを防止するために、光遮蔽部材をレンズ間に設けても良いことは第一の実施例と同様である。
【００５７】
尚、上述した各実施例において、表示面１１を形成する装置は、例えばブラウン管、液晶、ＥＬ、プラズマ等のディスプレイが用いられる。また、その表示面は平面であることが好ましい。
【００５８】
また、レンズは球面レンズの他に非球面レンズ、フレネルレンズ、分布屈折率レンズ等を用いることが可能である。更にレンズは凸レンズ、凹レンズ、或いはフラットな形状のものであっても良い。
【００５９】
次に、図４及び図５を参照し、表示面１１の前方に表示させる場合と後方に表示させる場合のレンズの焦点距離とレンズと表示面１１との位置関係ついて説明する。
【００６０】
まず、画像を表示面１１の前方に表示させる場合は図４に示すように、表示面１１をレンズ１８を中心として観察者１５とは反対側に、レンズ１８の焦点距離ｆ以上に離れて配置する。これによりレンズ１８を介して観察者１５の方向に実像として画像１９が結像される。一方、画像を表示面１１の後方に表示させる場合は図５に示すように、表示面１１をレンズ１８を中心として観察者１５と反対側に、レンズ１８の焦点距離ｆ以内に配置する。これによりレンズ１８を介して観察者１５とは反対側に虚像として画像１９が結像される。従って第一の実施例及び第二の実施例は図４に示す配置を採り、第三の実施例は図５に示す配置を採っている。
【００６１】
図６は光学系を短くして表示装置をより小型化、薄型化にする手段について示す図であって、図６の上段は表示面１１とレンズアレイ１２は距離Ｓ１１を離して配置している図である。この距離Ｓ１１を短くするための手段が図６の下段に示す図であって、表示面１１とレンズアレイ１２との間に所定の屈折率を有する光学的に透明な部材を挿入する。従って部材の屈折率に基づいた表示面１１とレンズアレイ１２間の距離Ｓ１２が与えられ、Ｓ１２＜Ｓ１１となる。表示面１１とレンズアレイ１２間の距離を短くすることができ、表示装置の小型化、薄型化を実現する。挿入する部材として透明なガラスや、樹脂材が好適に用いられる。
【００６２】
次に、上述した第一の実施例と第三の実施例に係わる変形例について図７から図９を参照して説明する。
【００６３】
（第一の変形例）
まず、第一の変形例は図７に示すように、２枚のレンズアレイ１２ａ、１２ｂを表示面１１の前方に配置する形態である。レンズアレイ１２ａ、１２ｂは所定の配置でレンズが形成されていて、互いにレンズが設けられていない画素をカバーする構成である。
【００６４】
画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ２１を有してレンズアレイ１２ａが配置され、距離Ｓ２２を有してレンズアレイ１２ｂが配置される。レンズアレイ１２ａは、焦点距離がｆ１のレンズ１２１が所定の画素１１１に対応して形成されている。また、レンズアレイ１２ｂは、焦点距離がｆ２のレンズ１２２が所定の画素１１２に対応して形成されている。焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２は同一であっても良い。
【００６５】
レンズアレイ１２ａにより画素１１１の像が第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１から距離Ｓ２３の位置に結像され、また、レンズアレイ１２ｂにより画素１１２の像が第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１から距離Ｓ２４の位置に結像される。観察者１５はこれら第一結像画素１３１及び第二結像画素１４２を観ることで立体感を得ることになる。レンズアレイ１２ａ、１２ｂの距離Ｓ２１、Ｓ２２を変えることによって、第一結像面１３と第二結像面１４の位置を調整することが可能である。また、表示面１１とレンズアレイ１２ａ、１２ｂの距離を焦点距離よりも短くすることで、第一結像面１３と第二結像面１４の両方を表示面１１の後方に設定することができる。また、何れか一方のレンズアレイの位置を表示面１１とレンズの焦点の間にすることで、一方は表示面１１の前方に、他の一方は表示面１１の後方に結像させることも可能である。
【００６６】
レンズアレイ１２ａ、１２ｂは共に同一の焦点距離を有するレンズを備えていても良く、または、異なった焦点距離のレンズを備えていても良い。また、更に複数枚のレンズアレイで構成するようにしても良い。これによりレンズアレイの数だけ結像面が生じ、一層滑らかな立体画像が得られる。
【００６７】
（第二の変形例）
次に、第二の変形例は図８に示すように、画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ３１を有してレンズアレイ１２ｃが配置される。レンズアレイ１２ｃは前後に配置された焦点距離がｆ１のレンズ群と焦点距離がｆ２のレンズ群とからなる。夫々のレンズ群のレンズは画素１１１、画素１１２に対応して形成されている。焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２は同じであっても良い。
【００６８】
レンズアレイ１２ｃのレンズ１２１により画素１１１の像が第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１から距離Ｓ３２の位置に結像され、また、レンズアレイ１２ｃのレンズ１２２により画素１１２の像が第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１から距離Ｓ３３の位置に結像される。観察者１５はこれら第一結像画素１３１及び第二結像画素１４２を観ることで立体感を得ることになる。レンズアレイ１２ｃの距離Ｓ３１を変えることによって、第一結像面１３と第二結像面１４の位置が調整される。また、表示面１１とレンズアレイ１２ｃの距離を制御することで、即ちレンズの焦点距離内にレンズアレイ１２ｃを設定することで、レンズ第一結像面１３と第二結像面１４を表示面１１の後方に設定することができる。更に、一方のレンズをそのレンズの焦点距離内に配置することで、いずれか一方の結像面を表示面１１の前方に、他の一方を後方に配置することができる。
【００６９】
（第三の変形例）
次に、第三の変形例は図９に示すように、画像表示装置の表示面１１の前方に距離Ｓ４１を有してレンズアレイ１２ｄが配置される。レンズアレイ１２ｄは全ての画素をカバーする焦点距離がｆ１のレンズ群と所定の画素カバーする焦点距離がｆ２のレンズ群とからなる。
【００７０】
レンズアレイ１２ｄのレンズ１２１ａとレンズ１２１ｂの複合レンズにより画素１１１の像が第一結像面１３の第一結像画素１３１として表示面１１から距離Ｓ４２の位置に結像され、また、レンズアレイ１２ｄのレンズ１２２により画素１１２の像が第二結像面１４の第二結像画素１４２として表示面１１から距離Ｓ４３の位置に結像される。観察者１５はこれら第一結像画素１３１及び第二結像画素１４２を観ることで立体感を得ることになる。
【００７１】
レンズアレイ１２ｄの距離Ｓ４１を変えることによって、第一結像面１３と第二結像面１４の位置が調整される。また、表示面１１とレンズアレイ１２ｃ距離を制御することで第一結像面１３と第二結像面１４の両方、或いはいずれか一方を表示面１１の背面に設定することができる。
【００７２】
次に、画素とレンズとの関係について図１０及び図１１を参照して説明する。まず、図１０はその一例であって、表示面１１はＸ、Ｙ方向に配置された画素１１１で構成され、レンズアレイ１２は夫々の画素１１１に対応したレンズ１２１で構成される。レンズ１２１の夫々は対応する画素１１１の画像を結像する形態である。また、図１１は他の例であって、に表示面１１はＸ、Ｙ方向に配置された画素１１１で構成されるが、レンズアレイ１２は複数の画素１１１に対応したレンズ１２１で構成される。図１１ではＸ、Ｙ方向の夫々２画素の合計４画素に対応している。更に多くの画素に対応させても良い。レンズ１２１の夫々は対応する複数の画素１１１の画像を結像する形態である。
【００７３】
（表示形態の第一の例）
図１２に示すように表示形態の第一の例は、表示面１１ａはＸ方向とＹ方向の夫々の方向に画素単位で分割され、画素１１１と画素１１２の夫々には対応した画像情報が入力され表示される。レンズアレイ１２もＸ方向とＹ方向の夫々の方向に画素単位で分割され、画素１１１と画素１１２とに対応してレンズ１２１とレンズ１２２が配置されている。第一結像面１３は画素１１１がレンズ１２１によって結像（第一結像画素１３１）される面であり、第二結像面１４は画素１１２がレンズ１２２によって結像（第一結像画素１４２）される面である。
【００７４】
尚、レンズ１２１とレンズ１２２は図１１に示すよう複数の画素をカバーするように構成されていても良い。このときレンズ１２１又はレンズ１２２がカバーする画素の全ては、同一の結像面に結像させる画像情報で表示されている必要のあることは当然である。
【００７５】
また、図１３に示すように表示形態の第二の例は、表示面１１ｂはＸ方向に分割され、画素１１１と画素１１２の夫々に対応した画像が表示される。レンズアレイ１２も画素１１１と画素１１２の夫々に対応して縦一列が同じ焦点距離を有するレンズ１２１とレンズ１２２が配置されている。第一結像面１３は画素１１１がレンズ１２１によって縦方向の一列に結像（第一結像画素１３１）される面であり、第二結像面１４は画素１１２がレンズ１２２によって縦方向の一列に結像（第一結像画素１４２）される面である。
【００７６】
尚、レンズ１２１とレンズ１２２に対応する画素は横方向の複数の画素列で構成されていても良い。このときレンズ１２１又はレンズ１２２がカバーする画素の全ては、同一の結像面に結像させる画像情報で表示されている必要のあることは当然である。
【００７７】
また、図１４に示すように表示形態の第三の例は、表示面１１ｃはＹ方向に分割され、画素１１１と画素１１２の夫々に対応した画像が表示される。レンズアレイ１２も画素１１１と画素１１２の夫に対応して横一列が同じ焦点距離を有するレンズ１２１とレンズ１２２が配置されている。第一結像面１３は画素１１１がレンズ１２１によって横方向の一列に結像（第一結像画素１３１）される面であり、第二結像面１４は画素１１２がレンズ１２２によって横方向の一列に結像（第一結像画素１４２）される面である。
【００７８】
尚、レンズ１２１とレンズ１２２に対応する画素は縦方向の複数の画素列で構成されていても良い。このときレンズ１２１又はレンズ１２２がカバーする画素の全ては、同一の結像面に結像させる画像情報で表示されている必要のあることは当然である。
【００７９】
尚、図１５（ａ）に示したように、図１３に示す表示形態の例において、縦方向（Ｙ方向）に延びるストライプ状の表示面１１ｂに沿って配置されたロッドレンズやレンチキュラレンズ（即ち、かまぼこ状のレンズ）等の柱状レンズアレイ１２Ｌが使用可能である。図１３に示した第一結像面１３及び第二結像面１４の夫々に結像させる柱状レンズアレイ１２Ｌを構成する各ロッドレンズ或いは各レンチキュラレンズの焦点距離は夫々の結像面に対応して同一の焦点距離に設定される。即ち図１３に示すように一列おきに２つの結像面に対応した焦点距離が交互に備わる。このようなレンズは作成が容易であり、安価なシステムの構成に効果が大きい。
【００８０】
同様に、図１５（ｂ）に示したように、図１４に示す表示形態の例において、横方向（Ｘ方向）に延びるストライプ状の表示面１１ｃに沿って配置されたロッドレンズやレンチキュラレンズ等の柱状レンズアレイ１２Ｌが使用可能である。図１４に示した第一結像面１３及び第二結像面１４の夫々に結像させる柱状レンズアレイ１２Ｌを構成する各ロッドレンズ或いは各レンチキュラレンズの焦点距離は夫々の結像面に対応して同一の焦点距離に設定される。即ち図１４に示すように一行おきに２つの結像面に対応した焦点距離が交互に備わる。
【００８１】
（画像表示装置の第一実施例）
本発明に係わる画像表示装置の第一実施例について図１６を参照して説明する。本実施例の画像表示装置１は、表示する画像を発生する第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２、第一画像発生部２１と第二画像発生部２２の画像信号を選択する信号切り替え部２３、選択された信号に基づき表示装置を駆動する駆動部２４、立体画像を表示する表示部２５、装置全体の動作をコントロールする制御部２６を備えて構成される。
【００８２】
第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２は、夫々第一結像面１３及び第二結像面１４に結像させる画像を供給するための信号源であって、放送されてくる画像、ビデオの再生画像、コンピュータによるグラフィック画像等、種々のものが想定される。
【００８３】
信号切り替え部２３は、第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２からの信号をスイッチし、表示すべき画像を選択する。表示部２５の構成が図１２に示す形態であれば、一画素ごとに切り替えが行われる。また、図１３に示す形態であれば、横の一ラインごとに、或いは図１４に示す形態であれば縦一列に同じ画像発生部の信号が表示されるように切り替えが行われる。更に、複数の画素にレンズが対応していればそれらの画素は同じ画像発生部の信号が表示されるように切り替えが行われる。
【００８４】
駆動部２４は、信号切り替え部２３で選択された信号を表示装置に入力し、表示部２５に表示させる。
【００８５】
表示部２５は、選択された画像を表示し、観察者１５に立体の画像を視覚させる。表示装置としては、例えばブラウン管、液晶、ＥＬ、プラズマ等の表示装置があり、表示部２５はフラットであることが好ましい。
【００８６】
制御部２６は、画像表示装置１の動作のコントロールを行う。例えばＣＰＵを備え、第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２の同期タイミングを揃え、また、同期タイミングに基づいて信号切り替え部２３の切り替えを指示する。
【００８７】
（画像表示装置の第二実施例）
本発明に係わる画像表示装置の第二実施例について図１７を参照して説明する。本実施例の画像表示装置２は、表示する画像を発生する第一画像発生部３１及び第二画像発生部３２、第一画像発生部２１の画像を記憶する画像メモリ３３、第二画像発生部３２の画像を記憶する画像メモリ３４、画像メモリ３３と画像メモリ３４に記憶されている画像情報を合成する画像合成部３５、画像合成部３５で合成された画像情報を記録媒体３７に記録する記録部３８、記録媒体３７を再生する再生部３９、立体画像を表示する表示部４０、装置全体の動作をコントロールする制御部４１を備えて構成される。
【００８８】
第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２は、夫々第一結像面１３及び第二結像面１４に結像させる画像を供給するための信号源であって、放送されてくる画像、ビデオの再生画像、コンピュータによるグラフィック画像等、種々のものが想定される。
【００８９】
画像メモリ３３と画像メモリ３４は、夫々第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２からの信号を一時、記憶する。記憶する画像は少なくともフィールド画像、好ましくはフレーム画像とする。
【００９０】
画像合成部３５は、画像メモリ３３と画像メモリ３４に記憶されている画像情報から、表示すべき画像を形成する。例えば表示する形態が図１２に示す形態であれば、一画素ごとに画像が形成され、図１３に示す形態であれば、横の一ラインごとに同一の画像が配置され、或いは図１４に示す形態であれば縦の一列ごとに同一の画像が配置される。
【００９１】
記録部３８は、画像合成部３５で形成された画像情報を記録媒体３７に記録する。記録媒体３７としては磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記録媒体等が用いられる。
【００９２】
再生部３９は、記録媒体３７に記録された画像情報を再生して表示装置に入力し、表示部４０に表示させる。このように記録媒体３７を介在させることで三次元画像ソフトを蓄積させ、また、広範に頒布することが可能となる。
【００９３】
表示部４０は、記録媒体３７から再生された画像を表示し、観察者１５に三次元の画像を視覚させる。表示装置としては、例えばブラウン管、液晶、ＥＬ、プラズマ等の表示装置があり、表示部２５はフラットであることが好ましい。
【００９４】
制御部４１は、画像表示装置２動作のコントロールを行う。例えばＣＰＵを備え、第一画像発生部２１及び第二画像発生部２２からの画像サンプルタイミングの指示や、記録部３８、再生部３９の動作制御を行う。
【００９５】
尚、画像合成部３５で形成された画像情報を直接、駆動部４２に入力して表示部４０に表示させるようにしても良い。
【００９６】
以上説明した画像表示装置１及び画像表示装置２によれば、２種類の画像信号源から、夫々の信号を異なる結像面に結像させることで、観察者に対して三次元の画像を視覚させることが可能であり、また、２つの信号を同一の結像面に結像させることで、表示面とは異なる面に二次元の画像を視覚させることが可能となる。
【００９７】
尚、上述した画像表示装置１及び画像表示装置２は２つの結像面を備えた装置であるが、更に光学系、信号系を３つ以上備えた３つ以上の結像面を有する画像表示を形成することも可能である。
【００９８】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う画像表示装置及び画像表示方法もまた本発明の技術思想に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる画像表示装置の第一の実施例について示す図である。
【図２】本発明に係わる画像表示装置の第二の実施例について示す図である。
【図３】本発明に係わる画像表示装置の第三の実施例について示す図である。
【図４】画像の結像位置について説明するための図である。
【図５】画像の結像位置について説明するための図である。
【図６】表示装置の小型化、薄型化についての手段を示す図である。
【図７】本発明に係わる画像表示装置の第一の変形例について示す図である。
【図８】本発明に係わる画像表示装置の第二の変形例について示す図である。
【図９】本発明に係わる画像表示装置の第三の変形例について示す図である。
【図１０】表示する画像素子とレンズの関係を示す図である。
【図１１】表示する画像素子とレンズの関係を示す図である。
【図１２】画像の表示形態の第一の例について示す図である。
【図１３】画像の表示形態の第二の例について示す図である。
【図１４】画像の表示形態の第三の例について示す図である。
【図１５】図１３又は図１４に示した表示形態の例において、ストライプ状の表示面に沿って配置された柱状レンズアレイに係る変形例を示す図である。
【図１６】本発明に係わる画像表示装置の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明に係わる画像表示装置の具体的構成の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２・・・画像表示装置
１１・・・表示面
１１１、１１２・・・画素
１２・・・レンズアレイ
１２１、１２２・・・レンズ
１３・・・第一結像面
１３１・・・第一結像画素
１４・・・第二結像面
１４２・・・第二結像画素
１５・・・観察者
１６・・・光透過部材
１７・・・光遮蔽部材
２１、３１・・・第一画像発生部
２２、３２・・・第二画像発生部
２３・・・信号切り替え部
２４・・・駆動部
２５、４０・・・表示部
２６、４１・・・制御部
３３、３４・・・画像メモリ
３５・・・画像合成部
３７・・・記録部
３８・・・記録媒体
３９・・・再生部
【図１】
2004144873.tif 000003
【図２】
2004144873.tif 000004
【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】
2004144873.tif 000018
【図１７】
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