(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
前記立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる映像投射手段と、
前記要素画像のそれぞれの位置に対応し、この対応した要素画像からの光が入射する要素レンズ系を、一平面上に複数配列した第一レンズ群と、
前記映像投射手段と前記第一レンズ群との間に介在させ、前記要素画像のそれぞれの位置に対応したアフォーカル光学系を一平面上に複数配列した第二レンズ群と、を備え、
前記映像投射手段によって結像された要素画像の像からの光線が前記アフォーカル光学系および前記要素レンズ系に入射され、
前記アフォーカル光学系は、前記要素画像の像の等倍倒立像を形成し、
前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群により結像された要素画像の光軸上の一点と観察位置とを結ぶ線上に、前記要素レンズ系の中心が位置するように配置されることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記アフォーカル光学系が、光路長の１周期をＰとした場合に、Ｐ（ｎ＋１／２）（ｎは整数）となる長さを有している屈折率分布レンズによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
前記立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる映像投射手段と、
前記要素画像が結像する位置で前記要素画像のそれぞれの位置に対応し、光路長の１周期をＰとした場合に、Ｐ（ｎ＋３／４）（ｎは整数）となる長さを有している屈折率分布レンズを一平面上に複数配列したレンズ群と、
を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項４】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
前記立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる映像投射手段と、
前記要素画像が結像する位置で前記要素画像のそれぞれの位置に対応し、この要素画像の像の等倍正立像を形成する正立等倍レンズ系を一平面上に複数配列したレンズ群と、を備え、
前記映像投射手段は、投射レンズと、前記投射レンズの射出瞳を制限する絞りと、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項５】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
前記立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる映像投射手段と、
前記要素画像のそれぞれの位置に対応し、この対応した要素画像からの光が入射する要素レンズ系を、一平面上に複数配列した第一レンズ群と、
前記映像投射手段と前記第一レンズ群との間に介在させ、前記要素画像のそれぞれの位置に対応し、この要素画像の像の等倍正立像を形成する複数の正立等倍レンズ系を一平面上に配列した第二レンズ群と、
前記映像投射手段と前記第二レンズ群との間に介在させ、前記第二レンズ群で配列された前記正立等倍レンズ系のレンズ間隔よりも狭いレンズ間隔で一平面上に配列された複数のレンズからなり、前記要素画像の像を前記第二レンズ群に伝達する入射側フィールドレンズと、
前記第二レンズ群と前記第一レンズ群との間に介在させ、前記第二レンズ群で配列された前記正立等倍レンズ系のレンズ間隔よりも狭いレンズ間隔で一平面上に配列された複数のレンズからなり、前記等倍正立像を前記第一レンズ群に伝達する出射側フィールドレンズと、
を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を表示する立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体映像を表示する方式、特に、立体映像を観察者が観察する時に特殊なメガネを用いない方式（以下、従来のメガネなし方式という）の開発・検討が盛んに行われている。従来のメガネなし方式の多くは、ホログラフィ方式を除くと、通常の２次元の映像情報を表示する液晶等のフラットパネル型表示装置の表示部の前面に、レンチキュラースクリーン、パララックスバリア等を配置して構成したものである。
【０００３】
これら従来のメガネなし方式では、２眼方式、つまり、左右眼に相当する２種の視差画像を提供するように構成するだけではなく、３眼以上の多眼方式、つまり、３種以上の視差画像を提供するように構成することが可能である。
【０００４】
従来のメガネなし方式の中で、２次元的にレンズやピンホールを配置した方式（以下、レンズ板方式という）があり、任意の視点（観察点）から自由に見られる立体映像方式の一つとして、平面上に配列された凸レンズ群或いはピンホール群を用いた、いわゆるインテグラルフォトグラフィ（以下，ＩＰ方式という）が知られている。
【０００５】
ここで、レンズ群を用いたＩＰ方式、すなわちＩＰ方式によるＩＰ装置について、図１８、図１９および図２０を参照して説明する。図１８に示すように、ＩＰ装置１０１は、被写体Ｈの要素画像群（複数の要素画像）を撮像して、立体再生像（立体映像）として表示するもので、この被写体Ｈに対向して同一平面上に配置した複数の凸レンズ１０３１、１０３２、１０３３、・・・、１０３ｎからなるレンズ群１０３と、このレンズ群１０３によって結像する被写体Ｈの要素画像群を撮像する写真フィルム１０５とを備えている。なお、このＩＰ装置１０１において、ａ側をレンズ群１０３の前方、ｂ側をレンズ群１０３の後方とし、要素画像をＹ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙｎとする。
【０００６】
また、図１９に示すように、ＩＰ装置１０１は、被写体Ｈの要素画像群が撮像されている写真フィルム１０５を現像し、この現像した写真フィルム１０５を、レンズ群１０３に対して撮像したときと同じ位置になるように配置している。そして、この状態でレンズ群１０３の前方から観察者が写真フィルム１０５を観察すると、立体再生像（立体映像）Ｓを観察することができる。ここで、観察者から観察される立体再生像Ｓについて言及しておくと、立体再生像Ｓの映像情報（輝度と色）は撮影時に被写体Ｈをレンズ群１０３側から見たものとなるが、立体再生像Ｓの奥行き（凹凸）は撮影時には表示時の観察者位置に相当する方向から見たものとなる。このため、観察される立体再生像Ｓは被写体Ｈの正しい立体像とはならず、奥行きが反転した像（逆奥行き像）となる。
【０００７】
従来、この逆奥行き像を生じないようにするために、図１９で表示される立体再生像Ｓを再度撮像し、この再度撮像した立体再生像（再撮像立体再生像）を図１９のようにして、表示する必要がある。なお、再撮像立体再生像は、電子的な処理によって得ることができる。この電子的な処理とは、各凸レンズ１０３１、１０３２、１０３３、・・・、１０３ｎの光軸位置を中心に点対称になるように、要素画像を変換することである。なお、この変換の詳細については、非特許文献１によって開示されている。
【０００８】
ＩＰ装置１０１のレンズ群１０３と写真フィルム１０５との位置を入れ替えると共に、これら再撮像または電子的な処理を施して、逆奥行き像を回避するようにして得られた要素画像群を用いて表示を行うと、図２０に示したように、ｃ側、すなわち、被写体Ｈを撮像した際の撮像側から観察した場合と同様に、正しい奥行きを持つ立体再生像が得られる。
【０００９】
また、凸レンズ１０３１、１０３２、１０３３、・・・、１０３ｎの代わりに、特許文献１で開示されているファイバー光学系を用いれば、再撮像および電子的な処理も不要とすることができる。
【００１０】
なお、ＩＰ方式において、立体再生像Ｓを、電子的な手段によって表示する場合、要素画像を多数表示する必要があるため、高精細映像を表示可能なＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Liquid Crystal Display）等を用いて、このＬＣＤの表示面側にレンズ板を置く方式が採用されている。
【００１１】
また、ＩＰ方式において、要素画像群を表示するのに、当該要素画像群を直接表示する直視型のＦＰＤを用いるのではなく、当該要素画像群を、映像投射手段を用いてスクリーンに投射し、投射側の反対側にレンズ板を置いて、このレンズ板とスクリーンとが対向している側の反対側（観察側）から観察することにより、投射した要素画像群（投射型の映像）を複数つなぎあわせて解像度（総画素数）の向上を図った例も報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１２】
一般に、ＩＰ方式では、要素画像群の中で、ある要素画像に着目した場合、レンズ板を構成するレンズ群の中に対応する１つのレンズ（凸レンズ）が存在する。そして、立体再生像（立体映像）を観察者が観察する際には、当該観察者は、各々のレンズを通して、対応する各々の要素画像の一部を観察する。
【００１３】
このため、ＩＰ方式では、要素画像の大きさ、レンズの焦点距離により、立体再生像の観察可能な範囲（視域）が決定される。ちなみに、要素画像は、レンズからおおよそ焦点距離隔てた位置に表示される。ここで、レンズ板の各レンズの位置と要素画像との関係について、図２１を参照して説明する。例えば、レンズ板の各レンズの位置と要素画像との関係は、各レンズの光軸と対応する要素画像の中心とが一致するように、且つ、レンズ相互の間隔と要素画像相互の間隔とを同一にするように配置される。
【００１４】
この図２１に示した例では、この方法とは異なり、ある特定の観察距離Ｖにおいて、観察者が立体再生像を観察可能な領域の幅Ｗが最大になるように、レンズ板の各レンズ間隔に対し、要素画像の間隔を若干大きくするように各要素画像の配置が決定されている（例えば、非特許文献３参照）。
【００１５】
また、図２２に示したように、立体再生像を観察可能な領域の幅Ｗ以外に、観察者は、ある要素画像に対し、対応するレンズと隣接したレンズとによって成される立体再生像を、隣接視域において観察することができる。なお、逆方向（図２２において、下側（観察者から見て左側））に隣接するレンズとした場合には、一方方向（図２２において、上側（観察者から見て右側）だけではなく逆方向にも、また、レンズが二次元的に配置される場合には、左右方向だけではなく、上下方向に隣接したレンズを通して立体再生像を観察することができる。
【００１６】
さらに、ＩＰ方式では、１つ隣のレンズではなく、２個、３個、・・・、Ｎ個隔てた位置にあるレンズを通しても、立体再生像を観察することができ、別の視域を形成する可能性が生じる。このように、ＩＰ方式では、予め設計（想定）した視域（正しい視域）の他に、当該視域の周辺に多数の視域が生じる。
【００１７】
そして、従来のＩＰ方式では、予め設計した視域以外に、当該視域の周辺に新たな視域が生じることで、複数の人数で同時に立体再生像を観察することができるというメリットが生じる反面、予め設計した視域以外の周辺の視域では幾何学的な歪みを伴う場合がある。また、２つの視域の境界を跨ぐような位置で、立体再生像を観察した場合、当該立体再生像の奥行きが反転してしまう、いわゆる、逆視が生じてしまうことがあり、正しい立体再生像を再現する観点からすると、正しい視域でのみ観察できることが好ましい。
【００１８】
ところで、従来のＩＰ方式において、立体再生像を表示するのに、投写型のディスプレイを使用することができれば、当該投写型のディスプレイは高性能化に伴って高画質が実現されているので、画面サイズを大きくする、すなわち、表示する立体再生像を大きくしても、高画質を維持することができる。また、投写型のディスプレイを設置する場所に応じて、画面サイズを大きくまたは小さく調整して使用することができる自由度がある。
【００１９】
ちなみに、投写型のディスプレイによって通常の映像を表示する場合、当該映像を表示する投写の仕方には、映像を表示する表示画面となるスクリーンの前面から投射する前面投写型とスクリーンの背面から投射する背面投写型との２種類がある。ＩＰ方式では、立体再生像を表示する表示画面に近接するようにレンズ板を配置する必要があるため、使用する投写型のディスプレイは背面投写型に限定される。
【００２０】
この背面投写型のディスプレイでは、映像を表示する表示画面となるスクリーンを、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の直視型の表示画面と同様に扱えるため、使い勝手がよいが、以下に述べる問題点がある。ここで、背面投写型のディスプレイをＩＰ方式に用いる場合の問題点について、まず、図２３を参照して、通常の背面投写型のディスプレイについてふれた上で、説明する。
【００２１】
図２３は、通常の背面投写型のディスプレイ（以下、背面投写型映像装置という）の概略を示した図である。この図２３に示したように、背面投写型映像装置１１１は、プロジェクタ１１３とスクリーン１１５とから構成されている。
【００２２】
プロジェクタ１１３は、液晶表示パネル等の電子的な表示デバイスを表示手段１１３ａとこの表示手段で表示した映像を投射する投射レンズ１１３ｂとが組み込まれており、投射レンズ１１３ｂを通して、映像をスクリーン１１５上に結像させるものである。
【００２３】
スクリーン１１５は、拡散特性を有しており、フレネルレンズ１１５ａと２枚の拡散板（拡散板１１５ｂ、拡散板１１５ｃ）とを備えている。そして、この背面投写型映像装置１１１では、プロジェクタ１１３から投射されてスクリーン１１５上で結像した映像を、投射された側の反対側の観察位置から観察することができる。
【００２４】
なお、一般的なスクリーンは拡散特性を有しており、この拡散特性として、磨りガラス状の等方性を備えていれば、プロジェクタからの光が広範囲に拡散し、広範囲に亘る視域を確保することができる。しかし、視域が広範囲に亘る反面、当該視域内の光量が不足してしまう問題がある。また、一般的な映像の表示にあたっては、少なくとも水平方向の視域確保が重要となり、水平方向のみに拡散特性を持ったレンチキュラーレンズを一体化させたレンチキュラーレンズスクリーンが採用されている。
【００２５】
そこで、スクリーン１１５では、視域内の光量を確保するために、等方性の拡散層の役割を果たす拡散板１１５ｂと、レンチキュラーレンズのような水平方向のみの視域確保が可能な拡散材の役割を果たす拡散板１１５ｃとを用いると共に、フレネルレンズ１１５ａを集光レンズとして用いている。
【００２６】
そして、この背面投写型映像装置１１１をＩＰ方式に用いることにより、立体再生像を表示することが可能である。しかし、ＩＰ方式では、立体再生像を表示するために、スクリーン１１５上に、要素画像群を高精細に表示する必要がある。このため、背面投写型映像装置１１１は、通常の映像を表示する際に必要な性能以上に、精細度が高い映像を表示する性能を確保する必要がある。
【００２７】
ただし、前記したように、背面投写型映像装置１１１において、スクリーン１１５の拡散材にレンチキュラーレンズを用いた場合、当該レンチキュラーレンズのピッチにより、精細度が制限されてしまい、精細度が高い、つまり、解像度特性が高い映像の表示は望めない。しかし、スクリーンに一体化される、等方性を有した拡散材を用いることは可能であり、非特許文献２では、解像度特性を高めた拡散材を使用した例が報告されている。
【特許文献１】特開平１０−１５０６７５号公報
【非特許文献１】山田光穂  「インテグラル立体テレビ」、月刊ディスプレイ、ｖｏｌ．７、Ｎｏ．６、ｐ．２９−３４、２００１年６月
【非特許文献２】電子情報通信学会論文誌  Ｄ−ＩＩ  Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｄ−ＩＩ，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２１９８−２２０８
【非特許文献３】Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ  Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８（１９９８）  ｐｐ．２０６４  Ｆｉｇ１０および式（２９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、背面投写型映像装置１１１のような背面投写型のディスプレイをＩＰ方式に用いて、スクリーンに一体的に等方性を有した拡散材を用いた場合でも、解像度特性の低下がさけられず、解像度特性の劣化が少ないスクリーンが望まれていた。すなわち、背面投写型のディスプレイをＩＰ方式に用いる場合、立体再生像の解像度特性の劣化が生じてしまうという問題がある。
【００２９】
また、ＩＰ方式において、立体再生像が表示される際の視域の形成に関しても、予め設計した視域でのみ、正しい立体再生像を観察可能とし、予め設計した視域以外の周辺の視域では立体再生像が見えないようにする等、視域に制限をかけることが望まれていた。すなわち、ＩＰ方式において、立体再生像を表示する際の視域に制限をかけられないという問題がある。
【００３０】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、立体再生像の解像度特性の劣化を防止することができ、立体再生像を表示する際の視域に制限をかけることができる立体映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】
【００３１】
前記課題を解決するため、請求項１に立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、映像投射手段と、第一レンズ群と、第二レンズ群と、を備え、前記要素画像の像からの光線が前記アフォーカル光学系および前記要素レンズ系に入射され、前記アフォーカル光学系は、前記映像投射手段によって結像した前記要素画像の像の等倍倒立像を形成し、前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群により結像された要素画像の光軸上の一点と観察位置とを結ぶ線上に、前記要素レンズ系の中心が位置するように配置されることを特徴とする。
【００３２】
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、映像投射手段によって、立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる。また、立体映像表示装置は、要素画像のそれぞれの位置に対応し、この対応した要素画像からの光が入射する要素レンズ系を一平面上に複数配列した第一レンズ群と映像投射手段との間に、要素画像のそれぞれの位置に対応したアフォーカル光学系を一平面上に複数配列した第二レンズ群を介在させている。そして、立体映像表示装置は、映像投射手段によって結像された要素画像の像からの光線がアフォーカル光学系および要素レンズ系に入射され、アフォーカル光学系によって、要素画像の像の等倍倒立像を形成する。この等倍倒立像は、入力される像に対し、方向が逆で、同じ大きさの傾きを持つ光線群により形成される。
【００３３】
請求項２に記載の立体映像表示装置は、請求項１に記載の立体映像表示装置において、前記アフォーカル光学系が、光路長の１周期をＰとした場合に、Ｐ（ｎ＋１／２）（ｎは整数）となる長さを有している屈折率分布レンズによって構成したことを特徴とする。
【００３４】
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、屈折率分布レンズによって構成した第二レンズ群を備えている。そして、この屈折率分布レンズの長さが光路長の１周期よりも半周期多くなるように形成していることで、第二レンズ群の基本的な性質がアフォーカル光学系と同じようになる、これによって、第二レンズ群の出射端面から出力される像が等倍倒立像となる。
【００３５】
請求項３に記載の立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、映像投射手段と、レンズ群と、を備えることを特徴とする。
【００３６】
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、映像投射手段によって、立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる。そして、立体映像表示装置は、要素画像が結像する位置で要素画像のそれぞれの位置に対応した要素レンズ系として、光路長の１周期をＰとした場合に、Ｐ（ｎ＋３／４）（ｎは整数）となる長さを有している屈折率分布レンズを一平面上に複数配列したレンズ群によって、結像した要素画像の像により、等倍倒立像を形成する。また、レンズ群は、請求項１に記載の第一レンズ群の機能を併せ持つことにより、立体映像を形成する。
【００３７】
請求項４に記載の立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、映像投射手段と、レンズ群と、を備え、前記映像投射手段が、投射レンズと、前記投射レンズの射出瞳を制限する絞りと、を備えることを特徴とする。
【００３８】
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、映像投射手段によって、立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる。そして、立体映像表示装置は、映像投射手段により、要素画像群を投射する際に、要素画像群の各要素画像の像が点光源により照明するように、要素画像のそれぞれの位置に対応し、この要素画像の像の等倍正立像を形成する正立等倍レンズ系を一平面上に複数配列したレンズ群によって、映像投射手段で結像された要素画像の像の等倍正立像を形成する。この等倍正立像は、入射する像を形成する光線群と光軸に対して方向が逆で、同じ大きさの傾きを持つ光線群である。
【００３９】
請求項５に記載の立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、映像投射手段と、第一レンズ群と、第二レンズ群と、入射側フィールドレンズと、出射側フィールドレンズと、を備えることを特徴とする。
【００４０】
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、映像投射手段によって、立体映像を構成するための複数の要素画像からなる要素画像群を投射し一平面上に結像させる。また、立体映像表示装置は、要素画像のそれぞれの位置に対応し、この対応した要素画像からの光が入射する要素レンズ系を一平面上に複数配列した第一レンズ群と映像投射手段との間に、要素画像のそれぞれの位置に対応し、この要素画像の像の等倍正立像を形成する正立等倍レンズ系を一平面上に複数配列した第二レンズ群を介在させている。さらに、立体映像表示装置は、映像投射手段と第二レンズ群との間に、第二レンズ群で配列された正立等倍レンズ系のレンズ間隔よりも狭いレンズ間隔で一平面上に配列された複数のレンズからなり、要素画像の像を第二レンズ群に伝達する入射側フィールドレンズを介在させている。さらにまた、立体映像表示装置は、第二レンズ群と第一レンズ群との間に、第二レンズ群で配列された正立等倍レンズ系のレンズ間隔よりも狭いレンズ間隔で一平面上に配列された複数のレンズからなり、等倍正立像を第一レンズ群に伝達する出射側フィールドレンズを介在させている。これらによって、立体映像表示装置は、映像投射手段で投射された要素画像群を、入射側フィールドレンズで第二レンズ群に伝達し、この第二レンズ群で各要素画像の像の等倍正立像を形成し、この等倍正立像を出射側フィールドレンズで第一レンズ群に伝達し、立体映像を表示する。
【発明の効果】
【００４１】
請求項１、３に記載の発明によれば、光軸に対してある角度の傾きをもって入射した光線群（要素画像群）に対して、方向が逆で同じ大きさの傾きを持つ光線群を出力し、観察側の観察位置付近に光線群を集束させるので、観察位置から観察した場合、第一レンズ群の全面において立体映像を観察することができる。また、従来のように拡散板や拡散フィルムを用いずに、映像投射手段によって要素画像の像を表示し、中間像として等倍倒立像を形成し、第一レンズ群を構成する要素レンズ系によって立体映像を生成しているので、立体映像（立体再生像）の解像度特性の劣化を防止することができ、立体映像（立体再生像）を表示する際の視域に制限をかけることができる。
【００４２】
請求項２に記載の発明によれば、射出端面から出力される像が等倍倒立像となり、観察側の観察位置付近に光線群を集束させるので、立体映像（立体再生像）の解像度特性の劣化を防止することができ、立体映像（立体再生像）を表示する際の視域に制限をかけることができる。
【００４３】
請求項４、５に記載の発明によれば、光軸に対してある角度の傾きをもって入射した光線群（要素画像群）に対して、方向が同じで同じ大きさの傾きを持つ光線群を出力し、観察側の観察位置付近に光線群を集束させるので、観察位置から観察した場合、第一レンズ群の全面において立体映像を観察することができる。また、従来のように拡散板や拡散フィルムを用いずに、映像投射手段によって要素画像の像を表示し、中間像として等倍正立像を形成し、第一レンズ群を構成する要素レンズ系によって立体映像を生成しているので、立体映像（立体再生像）の解像度特性の劣化を防止することができ、立体映像（立体再生像）を表示する際の視域に制限をかけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
これより、立体映像表示装置について、５つの実施形態（第一実施形態〜第五実施形態）について説明する。各実施形態の構成を説明し、続いて動作を説明する。
【００４５】
（立体映像表示装置［第一実施形態］の構成）
図１は、立体映像表示装置（第一実施形態）の概略図である。この図１に示すように、立体映像表示装置１は、ＩＰ原理に基づいて、入力された（または生成された）要素画像群により立体映像を表示するものであって、映像投射手段３と、第一レンズ群５と、第二レンズ群７とを備えている。
【００４６】
映像投射手段３は、入力された要素画像群によって構成される二次元映像を投射するものである。この映像投射手段３は、第二レンズ群７が構成する平面（入射端面）上に、要素画像群を投射して結像させるものであり、一般的なプロジェクタ等によって構成されている。
【００４７】
第一レンズ群５は、一平面上に配列された複数の微小な要素レンズから構成されたもので、この要素レンズによって、第二レンズ群７から出射された出力側の像の一部ずつを、観察者が位置する観察位置に提示することで、立体映像を表示するものである。
【００４８】
第二レンズ群７は、アフォーカル光学系の機能を有すると共に、その作用により、拡散特性を有する透過型のスクリーンと同様の役割を果たすものであり、映像投射手段３と第一レンズ群５との間に介在させたものである。この第二レンズ群７は、第一レンズ群５の焦点距離だけ隔てた位置に配置されている。この第二レンズ群７によって結像した要素画像群が、観察者が位置する観察位置付近に集束する。
【００４９】
ここで、立体映像表示装置１から、第二レンズ群７を除いた場合を想定してみる。この第二レンズ群７の果たす役割が透過型スクリーンであり、この透過型スクリーンが立体映像表示装置１から除かれると、観察者は、第一レンズ群５の領域内において、当該観察者と映像投射手段３の射出瞳を結ぶ直線上にある領域周辺の一部の立体映像しか観察することができない。つまり、立体映像表示装置１において、第二レンズ群７が、要素画像群からの光線を観測位置に集束することは、立体映像を表示する上で必須の構成といえる。ちなみに、射出瞳とは、投射レンズによって作られる像空間（観察者側空間）から見た絞りの像（虚像）のことを指す。
【００５０】
この第二レンズ群７の詳細を、図２を参照して説明する（適宜、図１参照）。図２（ａ）に示すように、第二レンズ群７は、凸レンズ７ａおよび凸レンズ７ｂで構成した複数のアフォーカルレンズ（アフォーカル系）によって構成されている。このアフォーカル系は、２つの凸レンズ７ａおよび凸レンズ７ｂのそれぞれの焦点距離の合計だけ隔てて、当該凸レンズ７ａおよび凸レンズ７ｂを配置したものである。このアフォーカル系では、前側の焦点位置に要素画像の実像が結像すると、後側の焦点位置にその倒立像が表れる。これらの凸レンズが、同一の焦点距離を有し、横倍率は等しく構成されている場合には、第二レンズ群７の前後に形成される像の大きさは等倍（等倍倒立像）となる。なお、この図２（ａ）において、ｆ１が凸レンズ７ａの焦点距離および凸レンズ７ｂの焦点距離を示している。
【００５１】
また、第二レンズ群７により生じる要素画像群の実像は、一平面上に位置するため、この平面に位置する要素画像群の実像を、直視型の表示面に表示された要素画像群と同様に取り扱うことができ、第一レンズ群５を観察側に配置することで、立体映像を生成することができる。
【００５２】
図２（ｂ）は、映像投射手段３のほぼ中央から発せられた光線が、第二レンズ群７および第一レンズ群５を通過する状態を示した図である。図２（ｂ）に示したように、これら第二レンズ群７および第一レンズ群５の各レンズの径に比べると、第二レンズ群７から映像投射手段３までの距離は十分に大きいので、光線の束である光線群の光軸に対する傾きは、比較的に小さいと見なせる。
【００５３】
要素画像群は、第二レンズ群７の入力側において、映像投射手段３から投影（投射）されたものであり、当該投影という指向性のある光線の束である光線群から成り立っている。そして、第二レンズ群７は、入射した光線群に対して、同じ大きさの傾きで逆方向に当該光線群を出射するので、当該第二レンズ群７の出力側において、当該光線群は主に観察領域に集束する。
【００５４】
図２（ｃ）は、アフォーカル系（凸レンズ７ａおよび凸レンズ７ｂからなるアフォーカルレンズ）に遮光壁を設けた状態を示した図である。この図２（ｃ）に示すように、アフォーカル系の周囲を、円筒状の遮光壁９によって遮光し、隣接するアフォーカル系への光線の漏れを防いでいる。こうすることで、立体映像の視域は、正しい視域のみとなり、予め設計した視域以外の周辺領域において、不要な視域が生じることがない。
【００５５】
これまで図２を参照して説明した第二レンズ群７を、図１に盛り込んだ図を、図３（頂いた資料の図２）に示す。なお、この図３において、映像投射手段３の開口（光線の投射口）となる投射レンズ１１を示している。
【００５６】
この図３に示したように、立体映像表示装置１は、第二レンズ群７の特性によって、簡単な矢印で示した入力側の像ＺＩＮＰＵＴが、方向が逆で同じ大きさの傾きになった出力側の像（等倍倒立像）ＺＯＵＴＰＵＴに結像される。
【００５７】
この第二レンズ群７の特性は、この図３に点線で示した光軸に対して、ある角度の傾きをもって入射した光線群に対して、方向が逆で同じ大きさの傾きを持つ光線群を出力するものである。また、立体映像表示装置１は、第一レンズ群５によって、第二レンズ群７で結像された要素画像の等倍倒立像の一部分ずつを観察者に提示することで、当該観察者は立体映像を観察することができる。すなわち、観察者が観察位置から立体映像表示装置１を見た場合、第一レンズ群５の全面、すなわち、画面全体において立体映像を観察することができる。
【００５８】
また、この立体映像表示装置１では、従来の拡散板や拡散フィルムを用いず、直接、映像投射手段３および第二レンズ群７によって要素画像群の実像を表示し、これと第一レンズ群５によって、ＩＰ原理に基づく立体映像を生成しているので、解像度の低下が無い。
【００５９】
なお、この立体映像表示装置１では、要素画像群が第一レンズ群５の焦点距離分離れた前方位置に結像されると共に、第二レンズ群７により結像された要素画像の光軸上の一点と観察位置とを結ぶ線上に、第一レンズ群５の要素レンズの中心が位置するように配置されている。
【００６０】
この立体映像表示装置１によれば、第二レンズ群７によって、入力側の像に対して出力側の像が倒立した上下左右の反転した像（等倍倒立像）となるので、従来のＩＰ方式の装置で取得された要素画像群をそのまま使用することができる。すなわち、立体映像表示装置１では、立体映像の奥行きが逆転する逆奥行き像になるのを防ぐために、画像処理または撮影装置に特殊な光学系を用いる必要がなく、入力された要素画像群を、この要素画像群の再生像である立体映像として表示することができる。
【００６１】
つまり、立体映像表示装置１によれば、映像投射手段３により発せられた光線群は、第二レンズ群７によって、光軸に対してある角度の傾きをもって入射した光線群に対して、方向が逆で大きさが同じ角度の光線群を出力し、観察側の観察位置付近に光線群を集束させるので、従来のように拡散板や拡散フィルムを用いることなく、立体映像を表示することができる。また、要素画像が結像する観点から述べると、第二レンズ群７の前方ｆ１の距離に結像された要素画像群の等倍倒立像が、第二レンズ群７の後方ｆ１の距離に形成され、この像と第一レンズ群５とによって観察位置から立体映像を観察することができる。これにより、立体映像（立体再生像）の解像度特性の劣化を防止することができ、立体映像（立体再生像）を表示する際の視域に制限をかけることができる。
【００６２】
なお、この立体映像表示装置１（第一実施形態）では、縦横を含めた全方向に視差を生じするように、第一レンズ群５および第二レンズ群７の各レンズを二次元状に配置した構成を想定している。しかし、立体映像を利用する利用分野によっては、水平方向のみ視差を実現すればよい場合がある。この場合、垂直方向に短冊状の要素画像を配列して構成される要素画像群を配置し、第一レンズ群５および第二レンズ群７の各レンズを、水平方向のみに屈折作用のあるレンチキュラーレンズを用いるものとする。この場合さらに、図３に示した入力側の像ＺＩＮＰＵＴの位置に、垂直方向のみの拡散特性を有する拡散シートまたはピッチが十分に細かい水平方向の配列を持ったレンチキュラーレンズシートを用いる。
【００６３】
（立体映像表示装置［第一実施形態］の動作）
次に、図４に示すフローチャートを参照して、立体映像表示装置１の動作を説明する（適宜、図１参照）。
まず、立体映像表示装置１は、映像投射手段３によって、入力された要素画像群を、第二レンズ群７に投射する（ステップＳ１）。そうすると、立体映像表示装置１は、第二レンズ群７により、入力側の像である要素画像群から出力側の像である等倍倒立像を出力する（ステップＳ２）。
そして、立体映像表示装置１は、第一レンズ群５によって、第二レンズ群７で出力された等倍倒立像の一部ずつを、観察者が位置する観察位置に提示することで、立体映像を表示する（ステップＳ３）。
【００６４】
（立体映像表示装置［第二実施形態］の構成）
次に、図５を参照して、立体映像表示装置（第二実施形態）の構成を説明する。図５は、立体映像表示装置（第二実施形態）の概略図である。この図５に示すように、立体映像表示装置１Ａは、ＩＰ原理に基づいて、入力された（または生成された）要素画像群により立体映像を表示するものであって、映像投射手段３と、第一レンズ群５と、第二レンズ群１３とを備えている。図１に示した立体映像表示装置１と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
第二レンズ群１３は、複数の屈折率分布レンズ１３ａによって構成したものである。この第二レンズ群１３は、投射された要素画像群を構成する要素画像の像を、屈折率分布レンズ１３ａの入射端面に形成し、この屈折率分布レンズ１３ａの出射端面に等倍倒立像を形成するものである。
【００６６】
そして、この第二レンズ群１３の出射端面と第一レンズ群５とは、当該第一レンズ群５の焦点距離だけ隔てられている。なお、要素画像群は、第一レンズ群５の焦点距離分離れた前方位置に結像されると共に、第二レンズ群１３の出力端面における光軸上の点と観察位置とを結ぶ線上に、第一レンズ群５の要素レンズの中心が位置するように当該第一レンズ群５が配置されている。
【００６７】
ここで、屈折率分布レンズ１３ａの詳細について、図６を参照して説明する（適宜、図５参照）。
図６に示したように、屈折率分布レンズ１３ａは、光路の繰り返し周期Ｐに対して、Ｐ／２またはＰ（ｎ＋１／２）（ｎは任意の整数）の長さを備えている。この屈折率分布レンズ１３ａの基本的な性質は、アフォーカルレンズと同様になる。また、この屈折率分布レンズ１３ａは、隣接する屈折率分布レンズ１３ａへの光線の漏れが無いといった特徴を備えている。この特徴により、屈折率分布レンズ１３ａの入射端面に形成された入力側の要素画像は、劣化することなく、屈折率分布レンズ１３ａの出射端面に、出力側の要素画像として形成されることになる。
【００６８】
そして、この屈折率分布レンズ１３ａでは、入射端面に形成される要素画像を、反転させ、出射端面に形成される要素画像として、等倍倒立像が得られる。このため、この屈折率分布レンズ１３ａに入力される要素画像からなる要素画像群は、従来のＩＰ方式の装置で取得された要素画像群をそのまま使用することができる。すなわち、立体映像表示装置１Ａでは、立体映像の奥行きが逆転する逆奥行き像になるのを防ぐために、画像処理または撮影装置に特殊な光学系を用いる必要がなく、入力された要素画像群を、この要素画像群の再生像である立体映像として表示することができる。
【００６９】
（立体映像表示装置［第二実施形態］の動作）
次に、図７に示すフローチャートを参照して、立体映像表示装置１Ａの動作を説明する（適宜、図５参照）。
まず、立体映像表示装置１Ａは、映像投射手段３によって、入力された要素画像群を、第二レンズ群１３に投射する（ステップＳ１１）。そうすると、立体映像表示装置１Ａは、第二レンズ群１３により、入力側の像である要素画像群を、出力側の像である等倍倒立像にして出力する（ステップＳ１２）。
そして、立体映像表示装置１Ａは、第一レンズ群５によって、第二レンズ群１３で出力された等倍倒立像の一部ずつを、観察者が位置する観察位置に提示することで、立体映像を表示する（ステップＳ１３）。
【００７０】
（立体映像表示装置［第三実施形態］の構成）
次に、図８を参照して、立体映像表示装置（第三実施形態）の構成を説明する。図８は、立体映像表示装置（第三実施形態）の概略図である。この図８に示すように、立体映像表示装置１Ｂは、ＩＰ原理に基づいて、入力された（または生成された）要素画像群により立体映像を表示するものであって、映像投射手段１５と、レンズ群１７とを備えている。図５に示した立体映像表示装置１Ａと同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
この立体映像表示装置１Ｂでは、立体映像表示装置１および立体映像表示装置１Ａとは異なり、２つのレンズ群を用いることなく１つのレンズ群（レンズ群１７）によって、立体映像を表示する構成をとっている。
【００７２】
映像投射手段１５は、要素画像群を投射するものであり、投射レンズ１１の射出瞳を制限する絞り１９を備えている。絞り１９は、投射レンズ１１内若しくは密接して前方（投射側）に設けられたもので、光束（光線の束）の太さを規定しており、投射レンズ１１の大きさに従って予め規定された大きさを備えている。
【００７３】
この絞り１９は、レンズ群１７によって形成される縮小像（詳細は後記する）が、同様にレンズ群１７によって形成される出力画像（詳細は後記する）に比べ充分に小さい点光源として作用するように開口を制限するものである。
【００７４】
レンズ群１７は、要素画像群を構成する要素画像の各々に対応するように微小レンズの組が配列されたものである。このレンズ群１７の詳細を図９に示す。この図９に示すように、レンズ群１７は、微小レンズの組として、複数（ここでは、３枚）の凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）が等間隔に配置された複数の光学系１７ａによって構成されたものである。この光学系１７ａは、物体領域である図８における映像投射手段１５側において、ある特定の距離にある被写体の等倍正立像を出力側（出射端面側）に形成する。なお、このレンズ群１７の詳細については、特開昭４９−８８９３に開示されている。
【００７５】
また、ここでは光学系１７ａを、図９に示した３枚の凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）によって構成しているが、これに限定されず、例えば、肉厚のレンズ２枚によって構成することも可能である。この肉厚のレンズ２枚で構成する場合の詳細については、特開昭５５−９０９０８に開示されている。
【００７６】
光学系１７ａを構成する凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）では、入力画像ＺＩＮＰＵＴ２の形成位置と凸レンズ１７ａ２とが、また、出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２の形成位置と凸レンズ１７ａ２とが共役の位置になるように配置されている。
また、光学系１７ａを構成する凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）では、凸レンズ１７ａ２について、凸レンズ１７ａ１および凸レンズ１７ａ３が共役の位置になるように配置されている。これによって、入力画像ＺＩＮＰＵＴ２の等倍正立像が出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２に得られる。
【００７７】
なお、この図９に示した光学系１７ａでは、入力画像ＺＩＮＰＵＴ２に対応する凸レンズ１７ａ２に形成される像は、当該入力画像ＺＩＮＰＵＴ２よりも小さくなるように設定されている。また、図９において、縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３は、映像投射手段１５の射出瞳が光学系１７ａにより縮小されたものを示している。
【００７８】
ここで、観察位置から見た出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２と縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３との関係および効果を、以下に述べる。
出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２は実像であるが、この実像の像形成に関わる光線のうち、観察位置に達したものだけが観察者から見えることになる。一方、縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３は映像投射手段１５の射出瞳の像であるから、この射出瞳の像がもし充分に小さく、点像と想定できるとすると、出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２を背面から照明する点光源とみなすことができる。このため、観察位置からは、出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２の観察位置と縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３とを結んだ直線上に位置する微小部分のみ観察される。すなわち、観察位置に応じて要素画像内のどの部位が見えるか変化する。この作用は、通常のＩＰの構成において（図２０参照）、レンズと要素画像とにより達成される作用であり、従って図９に示した構成によってもＩＰの原理に基づく立体映像が再生される。
【００７９】
なお、縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３が点光源とみなせないほど大きい場合は、観察位置から見える要素画像内の微小領域が広がり、再生像の解像度が劣化する。このため、映像投射手段１５に絞り１９を設け、縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３の大きさを必要な大きさに調整する必要がある。
【００８０】
そして、映像投射手段１５の投射レンズ１１の射出瞳位置から光学系１７ａの凸レンズ１７ａ１の入射端面までの距離をＤとし、入力画像ＺＩＮＰＵＴ２が結像する位置から光学系１７ａの凸レンズ１７ａ１までの距離および光学系１７ａの凸レンズ１７ａ３からＺＯＵＴＰＵＴ２が結像する位置までの距離をａとすると、Ｄ＞＞ａのとき、ｂ＝ａ／２となる。ｂの値は、要素画像と凸レンズで構成される通常のＩＰにおける凸レンズの焦点距離に相当する値である。
【００８１】
さらに、図９に示した光学系１７ａの凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）を同一鏡面筒に収納し、隣接する別の光学系１７ａに不要な光線が漏れることを防止することができる。
【００８２】
図８に示した立体映像表示装置１Ｂによれば、レンズ群１７の入射側において各レンズ位置に応じて、当該レンズ群１７に入射される光線（入射光線）が光軸から傾いた角度を持つ斜めの入射となる。そして、レンズ群１７の出射側においては、レンズ群１７の中心を貫く光軸に対して同じ角度の大きさで方向が逆の傾きを持つ光線が射出される。また、映像投射手段１５の投射レンズ１１から凸レンズ１７ａ２までの距離と、この凸レンズ１７ａ２から観察位置までの距離とが同一となる。
【００８３】
また、立体映像表示装置１Ｂによれば、入力画像ＺＩＮＰＵＴ２に対応する凸レンズ１７ａ２に形成される像が当該入力画像ＺＩＮＰＵＴ２よりも小さくなるように設定されているので、凸レンズ１７ａ２内の像が欠けることなく、さらに、入射光線の光軸からの傾きが大きくなり、投射レンズ１１の中心と観察位置とを結ぶ光軸（系全体の光軸）から離れた位置においても光線が制限されることがない。
【００８４】
さらに、立体映像表示装置１Ｂによれば、前記したように、射出瞳が縮小された縮小像ＺＯＵＴＰＵＴ３が形成されているので、観察位置において、出力画像ＺＯＵＴＰＵＴ２の全体が観察されることなく、当該観察位置に応じてＺＯＵＴＰＵＴ２の一部のみが観察される。このように、観察位置に応じてＺＯＵＴＰＵＴ２の一部のみが観察されることは、表示面の背面に点光源を備えた従来のＩＰ方式の原理と同じ作用を与えている。これによって、立体映像表示装置１Ｂでは、立体映像の奥行きが逆転することを防止する処理が不要となり、従来のＩＰ方式の装置で取得された要素画像群をそのまま使用することができる。また、立体映像表示装置１Ｂでは、立体映像表示装置１および立体映像表示装置１Ａのように間隔の異なる複数のレンズ群を用いることなく、立体映像を表示することができる。
【００８５】
なお、この立体映像表示装置１Ｂ（第三実施形態）では、縦横を含めた全方向に視差を生じするように、レンズ群１７の各レンズを二次元状に配置した構成を想定している。しかし、立体映像を利用する利用分野によっては、水平方向のみ視差を実現すればよい場合がある。この場合、この場合、垂直方向に短冊状の要素画像を配列して構成される要素画像群を配置し、レンズ群１７の各レンズを、水平方向のみに屈折作用のあるレンチキュラーレンズを用いるものとする。この場合さらに、図９に示した入力画像ＺＩＮＰＵＴ２の位置に、垂直方向のみの拡散特性を有する拡散シートまたはピッチが十分に細かい水平方向の配列を持ったレンチキュラーレンズシートを用いる。
【００８６】
（立体映像表示装置［第三実施形態］の動作）
次に、図１０に示すフローチャートを参照して、立体映像表示装置１Ｂの動作を説明する（適宜、図８参照）。
まず、立体映像表示装置１Ｂは、映像投射手段１５によって、入力された要素画像群を、レンズ群１７に投射する（ステップＳ２１）。この場合に、要素画像の等倍正立像は、映像投射手段１５の絞り１９によって形成される射出瞳が縮小された像により背面より照明され、立体映像を生成する。そして、立体映像表示装置１Ｂは、レンズ群１７により、入力側の像である要素画像群から出力側の像である等倍正立像を出力する（ステップＳ２２）。
【００８７】
（立体映像表示装置［第四実施形態］の構成）
次に、図１１を参照して、立体映像表示装置（第四実施形態）の構成を説明する。図１１は、立体映像表示装置（第四実施形態）の概略図である。この図１１に示すように、立体映像表示装置１Ｃは、ＩＰ原理に基づいて、入力された（または生成された）要素画像群により立体映像を表示するものであって、映像投射手段３と、第一レンズ群５と、レンズ群１７と、フィールドレンズペア１９とを備えている。図１および図８に示した立体映像表示装置１および立体映像表示装置１Ｂと同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
フィールドレンズペア１９は、レンズ群１７の光学系１７ａの入射側に設けられた入射側フィールドレンズ１９ａと、出射側に設けられた出射側フィールドレンズ１９ｂとが一対になったもので、入射された要素画像群を、当該要素画像群の光量を保ったまま、第一レンズ群５に伝達するものである。このフィールドレンズペア１９の詳細を図１２に示す。
【００８９】
この図１２に示すように、フィールドレンズペア１９は、レンズ群１７の光学系１７ａの入射側および出射側に配置されている。このフィールドレンズペア１９では、入射側フィールドレンズ１９ａ内において、映像投射手段３から投射された要素画像が形成される。
【００９０】
そして、映像投射手段３（図１１参照）からの射出瞳の像は、レンズ群１７の光学系１７ａの凸レンズ１７ａ１に形成され、この場合に、入射側フィールドレンズ１９ａは、当該凸レンズ１７ａ１に入射光線を効率よく集光する。そして、この入射光線によって入射側フィールドレンズ１９ａに形成される入射像は、レンズ群１７を通過して、出射され、この出射された出射像は、等倍正立像として、出射側フィールドレンズ１９ｂに形成される。
【００９１】
なお、この図１２では図示を省略しているが、レンズ群１７の光学系１７ａの凸レンズ（１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３）は同一鏡面筒に収納されており、隣接する別の光学系１７ａに不要な光線が漏れることが防止されている。
【００９２】
この立体映像表示装置１Ｃでは、フィールドレンズペア１９の入射側フィールドレンズ１９ａと隣接する入射側フィールドレンズ１９ａとの間隔が、映像投射手段３の投射レンズ１１とレンズ群１７の光学系１７ａの凸レンズ１７ａ１との中心間を結んだ直線上に入射側フィールドレンズ１９ａの中心が位置する条件と、レンズ群１７の設計要素として定まる像距離（入射側フィールドレンズ１９ａから凸レンズ１７ａ１までの距離）とに応じて決定される。このため、入射側フィールドレンズ１９ａと隣接する入射側フィールドレンズ１９ａとの間隔が、光学系１７ａと隣接する光学系１７ａの間隔よりも小さくなる。
【００９３】
同様に、この立体映像表示装置１Ｃでは、フィールドレンズペア１９の出射側フィールドレンズ１９ｂと隣接する出射側フィールドレンズ１９ｂとの間隔が、光学系１７ａと隣接する光学系１７ａの間隔よりも小さくなり、入射側フィールドレンズ１９ａと同じ間隔であるとする。
【００９４】
さらに、図１１からわかるように、立体映像表示装置１Ｃでは、第一レンズ群５の各レンズの間隔を、フィールドレンズペア１９の出射側フィールドレンズ１９ｂと隣接する出射側フィールドレンズ１９ｂとの間隔よりも、さらに小さく、視域の中心（観察位置）と凸レンズ１７ａ３の中心とを直線で結んだ線上に、第一レンズ群５のレンズの中心が位置する条件と、第一レンズ群５の焦点距離と、により決定される間隔に設計する必要がある。
【００９５】
この立体映像表示装置１Ｃによれば、フィールドレンズペア１９およびレンズ群１７によって、映像投射手段３で投射された要素画像群がそのまま等倍正立像として第一レンズ群５に入射する。このため、立体映像表示装置１Ｃに入力される要素画像群には、従来のＩＰ方式の装置で取得された要素画像群に点対称の回転処理を施す変換処理を行うか、特殊な光学系を用いて撮像する必要がある。
【００９６】
また、この立体映像表示装置１Ｃによれば、フィールドレンズペア１９を用いることで、レンズ群１７の入力側において、ケラレ（暗い部分）が発生せず、第一レンズ群５の出射端面から、光量が均質な要素画像（要素画像群）が得られる。これにより、視域内で観察位置を変えても、均一な明るさの像を観察することができる。
【００９７】
（立体映像表示装置［第四実施形態］の動作）
次に、図１３に示すフローチャートを参照して、立体映像表示装置１Ｃの動作を説明する（適宜、図１１参照）。
まず、立体映像表示装置１Ｃは、映像投射手段３によって、入力された要素画像群を、入射側フィールドレンズ１９ａに投射する（ステップＳ３１）。そうすると、立体映像表示装置１Ｃは、入射側フィールドレンズ１９ａにより、光量を一定に保ったまま、入力側の像である要素画像群をレンズ群１７に伝達する（ステップＳ３２）。そして、立体映像表示装置１Ｃは、レンズ群１７によって、要素画像群から等倍正立像を出力する（ステップＳ３３）。
【００９８】
そして、立体映像表示装置１Ｃは、出射側フィールドレンズ１９ｂにより、光量一定に保ったまま、等倍正立像を第一レンズ群５に伝達し（ステップＳ３４）、第一レンズ群５によって、伝達された等倍正立像の一部ずつを、観察者が位置する観察位置に提示することで、立体映像を表示する（ステップＳ３５）。
【００９９】
（立体映像表示装置［第五実施形態］の構成）
次に、図１４を参照して、立体映像表示装置（第五実施形態）の構成を説明する。図１４は、立体映像表示装置（第五実施形態）の概略図である。この図１４に示すように、立体映像表示装置１Ｄは、ＩＰ原理に基づいて、入力された（または生成された）要素画像群により立体映像を表示するものであって、映像投射手段３と、レンズアレイ２１とを備えている。図１に示した立体映像表示装置１と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１００】
レンズアレイ２１は、屈折率分布レンズから構成されているものであり、映像投射手段３で投射された要素画像群から等倍倒立像を内部に形成すると共に、この等倍倒立像の一部ずつを観察者が位置する観察位置に提示することで、所定の視域に立体映像を表示するものである。
【０１０１】
この屈折率分布レンズの詳細を、図１５に示す。この図１５（ａ）に示すように、屈折率分布レンズ２１ａは、光路の繰り返し周期Ｐに対して、３Ｐ／４またはＰ（ｎ＋３／４）（ｎは任意の整数）の長さを備えている。この図１５（ａ）は、屈折率分布レンズ２１ａに平行光を入射した場合を示している。また、図１５（ｂ）は、屈折率分布レンズ２１ａの入射端面に像を結像した場合の光路を示した図である。
【０１０２】
この屈折率分布レンズ２１ａを用いた場合、レンズアレイ２１の各レンズの光軸の中心にある所定の角度範囲に、映像投射手段３から光線が出射されることになる。
【０１０３】
この立体映像表示装置１Ｄによれば、立体映像表示装置１とは異なり、映像投射手段３から出射された光線が所定の視域に集束するような光路とし、視域を最大に設定することはできないが、図１６に示したように、設計した観察位置に一定の大きさの視域を形成することができる。
【０１０４】
（立体映像表示装置［第五実施形態］の動作）
次に、図１７に示すフローチャートを参照して、立体映像表示装置１Ｄの動作を説明する（適宜、図１４参照）。
まず、立体映像表示装置１Ｄは、映像投射手段３によって、入力された要素画像群を、レンズアレイ２１に投射する（ステップＳ４１）。そうすると、立体映像表示装置１Ｄは、レンズアレイ２１により、入力側の像である要素画像群から等倍倒立像を内部に形成し、この等倍倒立像の一部ずつを観察者が位置する観察位置に提示することで、所定の範囲に立体映像を表示する（ステップＳ４２）。
【０１０５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、立体映像表示装置１から立体映像表示装置１Ｄの装置として説明したが、これらの装置１から１Ｄによる立体映像を表示する立体映像表示方法と捉えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施形態に係る立体映像表示装置（第一実施形態）の概略図である。
【図２】第二レンズ群（第一実施形態）の詳細を示した図である。
【図３】図１に示した立体映像表示装置（第一実施形態）に図２に示した第二レンズ群の詳細を盛り込んで示した図である。
【図４】図１に示した立体映像表示装置（第一実施形態）の動作について示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る立体映像表示装置（第二実施形態）の概略図である。
【図６】第二レンズ群（第二実施形態）の詳細を示した図である。
【図７】図５に示した立体映像表示装置（第二実施形態）の動作について示したフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る立体映像表示装置（第三実施形態）の概略図である。
【図９】レンズ群の詳細を示した図である。
【図１０】図８に示した立体映像表示装置（第三実施形態）の動作について示したフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係る立体映像表示装置（第四実施形態）の概略図である。
【図１２】フィールドレンズペア、レンズ群および第一レンズ群の詳細を示した図である。
【図１３】図１１に示した立体映像表示装置（第四実施形態）の動作について示したフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る立体映像表示装置（第五実施形態）の概略図である。
【図１５】レンズアレイの屈折率分布レンズの詳細を示した図である。
【図１６】図１４に示した立体映像表示装置（第五実施形態）の視域について示した図である。
【図１７】図１４に示した立体映像表示装置（第五実施形態）の動作について示したフローチャートである。
【図１８】従来のＩＰ装置の概略図である。
【図１９】従来のＩＰ装置の概略図である。
【図２０】従来のＩＰ装置の概略図である。
【図２１】従来のＩＰ装置による視域について示した図である。
【図２２】従来のＩＰ装置による視域について示した図である。
【図２３】従来の背面投写型のディスプレイの概略を示した図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ      立体映像表示装置
３、１５                        映像投射手段
５                              第一レンズ群
７、１３                        第二レンズ群
９                              遮光壁
１１                            投射レンズ
１３ａ                          屈折率分布レンズ
１７                            レンズ群
１７ａ                          光学系
１７ａ１、１７ａ２、１７ａ３      凸レンズ
１９                            フィールドレンズペア
１９ａ                          入射側フィールドレンズ
１９ｂ                          出射側フィールドレンズ
２１                            レンズアレイ
【図１】
0004676903.tif 000002
【図２】
0004676903.tif 000003
【図３】
0004676903.tif 000004
【図４】
0004676903.tif 000005
【図５】
0004676903.tif 000006
【図６】
0004676903.tif 000007
【図７】
0004676903.tif 000008
【図８】
0004676903.tif 000009
【図９】
0004676903.tif 000010
【図１０】
0004676903.tif 000011
【図１１】
0004676903.tif 000012
【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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