(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテグラルフォトグラフィ方式の撮像装置によって撮像された複数の要素画像からなる要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から入射した光を投射する投射レンズと、を備え、前記要素画像群を投影して同一平面上に前記要素画像群の像を形成する投影装置からの光が入射されて、立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記投影装置からの光を集光する、あるいは、平行光にする集光光学系と、
各々の前記要素画像の像からの光が入射され、当該像の各々の点からの光を集光する、あるいは、平行光にする複数の第１の要素光学レンズ系を、当該第１の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した第１のレンズ群と、を備え、
前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離以上であり、
前記第１の要素光学レンズ系の口径をＤＡ、前記集光光学系と前記第１の要素光学レンズ系との間の距離をｂ、前記投射レンズの口径をＤＰ、前記投射レンズと前記集光光学系との間の距離をａ、とした場合において、ＤＡ／ｂ≦ＤＰ／ａの関係を満たすことを特徴とする立体像表示装置。
【請求項２】
インテグラルフォトグラフィ方式の撮像装置によって撮像された複数の要素画像からなる要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から入射した光を投射する投射レンズと、を備え、前記要素画像群を投影して同一平面上に前記要素画像群の像を形成する投影装置からの光が入射されて、立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記投影装置からの光を集光する、あるいは、平行光にする集光光学系と、
各々の前記要素画像の像からの光が入射され、当該像の各々の点からの光を集光する、あるいは、平行光にする複数の第１の要素光学レンズ系を、当該第１の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した第１のレンズ群と、
各々の第１の要素光学レンズ系に対応し、各々の前記要素画像の像から入射された光を、対応する第１の要素光学レンズ系のみに出射する複数の第２の要素光学レンズ系を、当該第２の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交し、かつ、前記要素画像群の像が形成される同一平面上に、アレイ状に配列した第２のレンズ群と、
を備え、
前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離以上であり、
前記投射レンズの口径をＤＰ、前記投射レンズと前記第２の要素光学レンズ系との間の距離をａ、前記第１の要素光学レンズ系及び前記第２の要素光学レンズ系の口径をＤＡ、前記集光光学系の焦点距離をｆＡ、とした場合において、ＤＰ／ａ≦ＤＡ／ｆＡの関係を満たすことを特徴とする立体像表示装置。
【請求項３】
前記第１のレンズ群における前記第１の要素光学レンズ系の配列間隔と、前記第２のレンズ群における前記第２の要素光学レンズ系の配列間隔とが同一であり、
前記集光光学系が、前記第１のレンズ群と、前記第２のレンズ群との間に設けられ、
前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【請求項４】
前記第１のレンズ群における前記第１の要素光学レンズ系の配列間隔が、前記第２のレンズ群における前記第２の要素光学レンズ系の配列間隔より狭く、
前記第２のレンズ群が、前記第１のレンズ群と前記集光光学系との間に設けられ、
前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像の映像を表示する技術に係り、特に、ＩＰ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ；インテグラルフォトグラフィ）方式の立体像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体像の映像を表示する立体映像方式として、偏光メガネやシャッタメガネ等を用いない方式の開発・検討が盛んに行われている。これらの多くは、ホログラフィ方式を除くと、通常の２次元の映像を表示する液晶などのフラットパネル型の表示部に、レンチキュラースクリーン、パララックスバリア、ピンホールもしくは２次元レンズ配列を組み合わせたものである。これらはメガネを用いないで立体映像が観察できるとともに、左右眼に相当する２種の視差画像を表示する２眼方式だけでなく、３眼以上の多眼方式を構成することが可能である。
【０００３】
そして、従来、レンズ板（レンズアレイ）を用いる方式（レンズ板方式）は、レンズ板としてピンホールやレンズを２次元的に配列したものを用い、任意の視点から見られる立体映像方式の１つであるＩＰ方式として知られている。
【０００４】
以下、図１０を参照して、このＩＰ方式においてレンズ板を用いる場合について説明する。図１０は、従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、従来のＩＰ方式によってＩＰ画像を撮影する装置の構成を模式的に示す模式図、（ｂ）は、従来のＩＰ方式によって立体像を表示する装置の構成を模式的に示す模式図である。
【０００５】
図１０（ａ）に示すように、撮影装置１００は、同一平面上にアレイ状に配列された複数のレンズ（凸レンズ）ｌ、ｌ、…からなるレンズ群（レンズ板）１０１と、このレンズ群１０１の後ろに設置された撮像部１０２とから構成され、レンズ群１０１の前に設置された被写体Ｓを撮影する。この撮像部１０２には、各レンズｌ、ｌ、…によって被写体Ｓの像Ｉ、Ｉ、…が形成され、撮影される。ここで撮影された被写体Ｓの像Ｉ、Ｉ、…の各々の画像を要素画像という。
【０００６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、表示装置１１０は、撮影装置１００［図１０（ａ）］のレンズ群１０１と同じレンズ群１１１（レンズｌ’、ｌ’、…）と、レンズ群１１１の後ろに撮像部１０２と同じ位置に設置された表示部１１２とから構成され、撮影装置１００によって撮影された画像を表示部１１２に表示すると、レンズ群１１１の前方の観察者Ｏからは被写体Ｓの立体再生像Ｓ’を観察できる。ここで観察者Ｏから観察される立体再生像Ｓ’の映像情報（輝度と色）は、撮影時に被写体Ｓをレンズ群１０１や撮像部１０２の側（後ろ側）から見たものとなり、奥行き（凹凸）は撮影時に観察者Ｏの側（前側）から見たものとなる。そのため、被写体Ｓの正しい立体像とはならず、奥行きが反転した立体再生像Ｓ’（逆奥行き像）となる。
【０００７】
これを解決するためには、表示装置１１０によって表示される立体再生像Ｓ’を、撮影装置１００で再度撮影し、ここで撮影された要素画像群を表示装置１１０で表示する必要がある。また、立体再生像Ｓ’の再撮影の過程を電子的な変換処理によって行うことも可能である。すなわち、各々の要素画像を、対応する各レンズｌ、ｌ、…の光軸の位置を中心に点対称になるように反転させる。この要素画像の変換処理を図形の変換として行うことが報告されている（非特許文献１参照）。また、撮影装置１００のレンズｌ、ｌ、…にファイバー光学系を用いることで光学的に画像を反転させる方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法によれば、再撮影や電子的な変換処理が不要になる。
【０００８】
更に、要素画像群の表示を電気的な手段によって行う場合には、要素画像群を多数表示するために高精細の映像の表示が可能なＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ、図示せず）を図１０（ｂ）の表示部１１２の位置に設置する。
【０００９】
また、直視型のＦＰＤ（Flat Panel Display；フラットパネルディスプレイ）を用いるのではなく、スクリーン（図示せず）に要素画像群を投影し、投影した側の背面側にレンズ群（図示せず）を設置することとしてもよい。このとき、背面側からレンズ群を介して要素画像群を観察することで、観察者Ｏは立体映像を観察することができる。そして、投影される画像を複数つなぎ合わせて解像度（総画素数）の向上を図った例が報告されている（非特許文献２参照）。なお、ＩＰ方式の表示装置では、レンズ群をスクリーンに近接して設置する必要があるため、背面からの投射に限定される。
【００１０】
ここで、背面投射型映像装置（プロジェクタ）及び映像が投射されるスクリーンについて説明する。プロジェクタ（図示せず）は、液晶表示パネルのような電子的な表示デバイスを表示手段として備え、この表示手段に表示された映像を投射レンズを介してスクリーン（図示せず）に投影して結像させる。スクリーンは拡散特性を有し、投影された映像はプロジェクタの反対側から観察される。ここで、拡散板（スクリーン）としてすりガラス状のものを用いることができる。この拡散板は、等方性の拡散性を持ち、広い範囲にわたって観察可能な範囲である視域を確保することができる一方で、光量が不足する。また、通常は水平方向の視域確保が重要となることから、拡散板としてレンチキュラレンズスクリーンを用いることができる。この拡散板は、水平方向のみの拡散特性を有する。
【００１１】
また、図１１に示すように、視域内の光量を確保するため、スクリーンＣが、プロジェクタＰからの光を集光する集光レンズとしてフレネルレンズｌｆを有し、更に、等方性の拡散層（拡散板Ｂ１）と、レンチキュラレンズスクリーンのような水平方向への拡散材（拡散板Ｂ２）とを拡散板として有するものも用いられている。なお、図１１は、背面投射型映像装置とスクリーンの構造の例を模式的に示す模式図である。
【００１２】
このような背面投写型のプロジェクタＰとスクリーンＣの構成を、図１０に示すＩＰ方式の表示装置１１０の表示部１１２に適用することで、表示部１１２が直視型の表示画面の場合と同様にして立体再生像Ｓ’を表示することができる。ここで、ＩＰ方式の表示装置１１０では、要素画像群を表示部１１２に高精細に表示する必要があることから、要素画像群が投射されるスクリーン上において、通常の２Ｄ映像の表示に必要な性能以上に精細度を確保する必要がある。ここで、このスクリーンの拡散板としてレンチキュラレンズスクリーンを用いた場合には、レンチキュラレンズのピッチにより解像度が制限されるため好ましくない。一方、スクリーンの拡散板に等方性の拡散材を用いることは可能であり、解像度特性を高めた拡散材をプロジェクタのスクリーンに使用した例が報告されている（非特許文献２参照）。
【００１３】
更に、ＩＰ方式の表示装置１１０では、図１２（ａ）に示すように、１つの要素画像Ｇｍにレンズ群１１１の中の１つのレンズｌｍが対応し、観察者Ｏはそのレンズｌｍを通して要素画像Ｇｍの一部を観察する。図１２は、要素画像とレンズと視域との関係を説明するための説明図、（ａ）は、要素画像とレンズの配置によって決定される視域を模式的に示す模式図、（ｂ）は、偽の視域の例を模式的に示す模式図である。
【００１４】
ここで、要素画像Ｇｍとレンズｌｍはおおよそレンズｌｍの焦点距離ｆＡだけ隔てて配置されるため、要素画像Ｇｍの大きさと焦点距離ｆＡとによって視域が決定される。そして、ある特定の観察距離において視域の幅が最大となる要素画像Ｇｍの幅と配置とが報告されている（非特許文献３参照）。
【００１５】
また、図１２（ｂ）に示すように、要素画像Ｇｍを、対応するレンズｌｍに隣接したレンズ（図１２ではレンズｌｍ−１、ｌｍ＋１）を介しても、観察者Ｏは立体像（図示せず）を観察することができる。なお、図１２（ｂ）では、要素画像Ｇｍに対応するレンズｌｍと左右に隣接するレンズｌｍ−１、ｌｍ＋１から見た場合について示したが、例えば上下に隣接するレンズ（図示せず）や、複数個隣に位置するレンズからも要素画像Ｇｍを観察でき、視域（偽の視域）を形成する可能性が生じる。このように、表示装置１１０では、本来の設計による正しい視域だけでなく、周辺に多数の偽の視域が形成される。
【特許文献１】特開平１０−１５０６７５号公報（段落番号００１０〜００７６）
【非特許文献１】山田光穂、「インテグラル立体テレビ」、月間ディスプレイ、ｖｏｌ．７、Ｎｏ．６、ｐ．２９−３４、２００１年６月
【非特許文献２】廖洪恩、外６名「マルチプロジェクションintegral Videography三次元画像表示装置の開発」、電子情報通信学会論文誌、Vol.J87-D-II、No.12、pp.2198-2208、2004
【非特許文献３】H. Hoshino, et al., "Analysis of resolution limitation of integral photography", Journal of the Optical Society of America, A, Vol.15, No.8, pp.2059〜2065, 1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、ＩＰ方式の表示装置では生成される立体映像において十分な解像度を確保するためには各要素画像の解像度を十分高くする必要がある一方で、複数の人数で立体像を観察可能にするためには、通常の十数インチから２０インチ程度の画面サイズではなく、５０インチから１００インチあるいはそれ以上の画面サイズが必要となる。そして、現在おもに用いられている直視型のディスプレイでは大画面化と解像度の確保との両立は図れない。
【００１７】
また、プロジェクタによって要素画像をスクリーンに投射する場合には、大画面化は容易であるが、スクリーンの拡散板を通過するときに光線が広がるために、解像度の低下が避けられない。そのため、解像度に劣化の生じないスクリーンが望まれていた。
【００１８】
また、偽の視域が生じることで、複数の人数で同時に立体像を観察することが可能になるという利点もあるが、偽の視域から観察すると、観察される立体像に幾何学的な歪みが生じたり、視域の境界を挟んで観察した場合には奥行きが反転するという、いわゆる逆視が生じたりする。よって、正しい立体像を再現するためには、正しい視域での観察に限定できることが望ましい。そのため、設計対象である視域のみで観察可能とし、他の派生的に生じる偽の視域については見えないようにするなどの制限が必要とされていた。
【００１９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、プロジェクタから投影された要素画像群の解像度を劣化させず、かつ、偽の視域が生じないＩＰ方式の立体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】
【００２０】
前記問題を解決するため、請求項１に記載の立体像表示装置は、インテグラルフォトグラフィ方式の撮像装置によって撮像された複数の要素画像からなる要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から入射した光を投射する投射レンズと、を備え、前記要素画像群を投影して同一平面上に前記要素画像群の像を形成する投影装置からの光が入射されて、立体像を表示する立体像表示装置であって、前記投影装置からの光を集光する、あるいは、平行光にする集光光学系と、各々の前記要素画像の像からの光が入射され、当該像の各々の点からの光を集光する、あるいは、平行光にする複数の第１の要素光学レンズ系を、当該第１の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した第１のレンズ群とを備え、前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離以上であり、前記第１の要素光学レンズ系の口径をＤＡ、前記集光光学系と前記第１の要素光学レンズ系との間の距離をｂ、前記投射レンズの口径をＤＰ、前記投射レンズと前記集光光学系との間の距離をａ、とした場合において、ＤＡ／ｂ≦ＤＰ／ａの関係を満たすこととした。
【００２１】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、集光光学系によって投影装置からの発散する光を集光する、あるいは、平行光にするとともに、ある平面上に形成された複数の要素画像の像からの光がそれぞれ対応する第１の要素光学レンズ系に入射する。これによって、観察者が第１のレンズ群を介して複数の要素画像の像の一部を観察することで、立体像表示装置は、投影された要素画像によって示される立体像を観察者に対して表示することができる。また、立体表示装置は、ＤＡ／ｂ≦ＤＰ／ａの関係を満たすことで、偽の視域の発生を制限することができる。
【００２２】
更に、請求項２に記載の立体像表示装置は、インテグラルフォトグラフィ方式の撮像装置によって撮像された複数の要素画像からなる要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から入射した光を投射する投射レンズと、を備え、前記要素画像群を投影して同一平面上に前記要素画像群の像を形成する投影装置からの光が入射されて、立体像を表示する立体像表示装置であって、前記投影装置からの光を集光する、あるいは、平行光にする集光光学系と、各々の前記要素画像の像からの光が入射され、当該像の各々の点からの光を集光する、あるいは、平行光にする複数の第１の要素光学レンズ系を、当該第１の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した第１のレンズ群と、各々の第１の要素光学レンズ系に対応し、各々の前記要素画像の像から入射された光を、対応する第１の要素光学レンズ系のみに出射する複数の第２の要素光学レンズ系を、当該第２の要素光学レンズ系の光軸及び前記集光光学系の光軸に対して直交し、かつ、前記要素画像群の像が形成される同一平面上に、アレイ状に配列した第２のレンズ群とを備え、前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離以上であり、前記投射レンズの口径をＤＰ、前記投射レンズと前記第２の要素光学レンズ系との間の距離をａ、前記第１の要素光学レンズ系及び前記第２の要素光学レンズ系の口径をＤＡ、前記集光光学系の焦点距離をｆＡ、とした場合において、ＤＰ／ａ≦ＤＡ／ｆＡの関係を満たすこととした。
【００２３】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、集光光学系によって、投影装置からの発散する光を集光する、あるいは、平行光にする。また、投影装置から出射した光は第２のレンズ群に入射して、各々の第２の要素光学レンズ系の位置に要素画像の像を形成する。そして、立体像表示装置は、各々の第２の要素光学レンズ系によって入射した光を屈折させて、対応する第１の要素光学レンズ系のみに対して出射する。これによって、観察者が第１のレンズ群を介して複数の要素画像の像の一部を観察することで、立体像表示装置は、投影された要素画像によって示される立体像を観察者に対して表示することができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の立体像表示装置は、請求項２に記載の立体像表示装置において、前記第１のレンズ群における前記第１の要素光学レンズ系の配列間隔と、前記第２のレンズ群における前記第２の要素光学レンズ系の配列間隔とが同一であり、前記集光光学系が、前記第１のレンズ群と、前記第２のレンズ群との間に設けられ、前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００２５】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、投影装置から出射した光は第２のレンズ群に入射して、各々の第２の要素光学レンズ系に要素画像の像を形成する。そして、立体像表示装置は、各々の第２の要素光学レンズ系によって入射した光を屈折する。更に、立体像表示装置は、集光光学系によって第２の要素光学レンズ系からの出射した光を集光する。そして、この光は第１のレンズ群に入射する。ここで、集光光学系は、投影装置から当該集光光学系の焦点距離より遠い位置に設置されるため、この集光光学系から出射した光は収束する。これによって、観察者から各々の第１の要素光学レンズ系を介して要素画像が見られる領域のすべてが重複する領域である視域を広くすることができる。
【００２６】
更に、請求項４に記載の立体像表示装置は、請求項２に記載の立体像表示装置において、前記第１のレンズ群における前記第１の要素光学レンズ系の配列間隔が、前記第２のレンズ群における前記第２の要素光学レンズ系の配列間隔より狭く、前記第２のレンズ群が、前記第１のレンズ群と前記集光光学系との間に設けられ、前記集光光学系と前記投射レンズとの距離が当該集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００２７】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、集光光学系によって投影装置からの発散する光を集光し、集光光学系から出射した光は第２のレンズ群に入射して、各々の第２の要素光学レンズ系に要素画像の像を形成する。そして、立体像表示装置は、各々の第２の要素光学レンズ系によって入射した光を屈折して、対応する第１の要素光学レンズ系のみに出射する。ここで、集光光学系は、投影装置から当該集光光学系の焦点距離より遠い位置に設置されるため、この集光光学系から出射した光は収束する。これによって、観察者から各々の第１の要素光学レンズ系を介して要素画像が見られる領域のすべてが重複する領域である視域を広くすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る立体像表示装置では、以下のような優れた効果を奏する。請求項１に記載の発明によれば、投影装置によって要素画像を投影した場合においても拡散板を用いないで立体像を表示することができるため、要素画像の解像度を低下させず、高品質な立体像を表示することができる。そして、投影装置によって要素画像を投影するため、大画面化することもできる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、投影装置によって要素画像を投影した場合においても拡散板を用いないで立体像を表示することができるため、要素画像の解像度を低下させず、高品質な立体像を表示することができる。そして、投影装置によって要素画像を投影するため、大画面化することもできる。更に、第２の要素光学レンズ系が、要素画像の像からの光を、対応する第１の要素光学レンズ系のみに出射するため、光量が確保できるとともに、偽の視域の発生を抑制することができる。
【００３０】
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、偽の視域の発生を抑制することができるとともに、視域の広い立体像表示装置とすることができる。そのため、観察者は立体像表示装置によって表示される立体像を広い範囲から観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［立体像表示システムの構成（第一の実施の形態）］
まず、図１を参照して、本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置３を備える立体像表示システム１の構成について説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示手段２１に表示された複数の要素画像の中のある要素画像の中心における画素からの光の光路を模式的に図示した。
【００３２】
立体像表示システム１は、要素画像群を投射し、立体像を表示するものである。立体像表示システム１は、プロジェクタ２と、立体像表示装置３とを備える。
【００３３】
プロジェクタ（投影装置）２は、要素画像群を投射するものである。プロジェクタ２は、表示手段２１と、投射レンズ２２とを備える。
【００３４】
表示手段２１は、例えば、液晶表示パネルや微小ミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device、ＤＬＰ：Digital Light Processing）のような電子的な表示デバイスである。この表示手段２１には、要素画像群が入力されて表示される。そして、ここで表示された要素画像群からの光は、投射レンズ２２に入射する。
【００３５】
投射レンズ２２は、表示手段２１から入射した光を立体像表示装置３に対して投射するものである。ここで投射レンズ２２は、例えば、凸レンズ等から構成される。
【００３６】
なお、要素画像群は、ＩＰ方式によって立体像を表示するための画像であり、後記する立体像表示装置３の第１のレンズ群３３及び第２のレンズ群３２の各々のレンズに対応する複数の要素画像を有する。この要素画像群は、例えば、図１０に示すような従来のＩＰ方式の撮影装置によって撮影されたものであってもよいし、コンピュータグラフィックスによって生成されたものであってもよい。そして、プロジェクタ２は背面投射するため、要素画像には必要な反転処理が施されているものとする。
【００３７】
立体像表示装置３は、プロジェクタ２から投射された要素画像群の光から立体像を表示するものである。ここで、立体像表示装置３は、凸レンズ３１と、第２のレンズ群３２と、第１のレンズ群３３とを備える。
【００３８】
凸レンズ（集光光学系）３１は、プロジェクタ２から入射した光を集光するものである。この凸レンズ３１は、投射レンズ２２と同一の光軸Ａ上に設けられ、投射レンズ２２から投射された光のすべてが当該凸レンズ３１に入射する。ここでは、凸レンズ３１は、投射レンズ２２から当該凸レンズ３１の焦点距離ｆＣだけ隔てた位置に設置されることとした。これによって、投射レンズ２２の主点を通った光は、この凸レンズ３１によって平行光に変換される。
【００３９】
第２のレンズ群３２は、プロジェクタ２から投射された要素画像の像が形成され凸レンズ３１の光軸Ａに直交する同一平面上に、アレイ状に配列された複数の凸レンズＬ２、Ｌ２、…から構成される。
【００４０】
凸レンズ（第２の要素光学レンズ系）Ｌ２は、プロジェクタ２から投射され、凸レンズ３１を介して入射した光を、後記する第１のレンズ群３３の、対応する凸レンズＬ１のみに出射するものである。ここで、各々の凸レンズＬ２は、プロジェクタ２の表示手段２１に表示された複数の要素画像の各々に対応し、更に、第１のレンズ群３３の複数の凸レンズＬ１の各々に対応する。また、凸レンズＬ２は、対応する凸レンズＬ１と光軸方向に当該凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡだけ隔てた位置に設置される。更に、ここでは、第１のレンズ群３３の凸レンズＬ１の配列間隔と、第２のレンズ群３２の凸レンズＬ２の配列間隔とが等しい、つまり、凸レンズＬ２と、対応する凸レンズＬ１との口径が同一であり、また、凸レンズＬ２と、対応する凸レンズＬ１との光軸（図示せず）も一致することとした。更に、凸レンズＬ２は、投射レンズ２２から投射距離ａだけ隔てた位置に設置され、各々の凸レンズＬ２の内部には、対応する要素画像の像（実像）が形成される。この要素画像の像の配列間隔と、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２の配列間隔は一致し、かつ、凸レンズＬ１、Ｌ２の光軸は、対応する要素画像の中心を通るものとする。
【００４１】
以下、図１から図３を参照して、凸レンズＬ２が、入射した光の光路の方向付けをして、この光を第１のレンズ群３３の、対応する凸レンズＬ１のみに出射させる条件について説明する。図２は、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２に入射する光の光路を模式的に示した模式図、（ａ）は、要素画像の中心における画素からの光が入射した場合の光路を模式的に示した模式図、（ｂ）は、要素画像の中心以外の画素からの光が入射した場合の光路を模式的に示した模式図である。図３は、本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置の、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２に入射及び出射する光線群を模式的に示した模式図である。
【００４２】
まず、表示手段２１に表示された、複数の要素画像の中のある要素画像のひとつの画素について着目すると、この画素から出射し、投射レンズ２２の中心を通った光（主光線）は、この投射レンズ２２から焦点距離ｆＣだけ隔てて設けられた凸レンズ３１によって屈折し、光軸Ａに平行な光となる。また、この画素から出射し、投射レンズ２２を通った光線群は、凸レンズ３１によって屈折し、光軸Ａに平行な主光線を中心として進行し、凸レンズＬ２の内部の一点で収束する。その後、凸レンズＬ２に入射した主光線は、凸レンズＬ２よって屈折し、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡだけ隔てて設けられた凸レンズＬ１の中心を通る。また、凸レンズＬ２の一点に収束した光線群は凸レンズＬ２によって屈折して、凸レンズＬ１の中心を通る主光線を中心に拡散して、凸レンズＬ１に入射する。
【００４３】
ここで、例えば、図２（ａ）に示すように、ある凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像の中心の点からの光は、そのまま透過して光軸Ａを中心として拡散し、凸レンズＬ１に入射する。また、図２（ｂ）に示すように、凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像の中心以外の点からの光は、凸レンズＬ２の中心からの偏移に応じて屈折し、凸レンズＬ１の中心を通る主光線を中心として拡散し、凸レンズＬ１に入射する。
【００４４】
そして、図３に示すように、凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像の各点から出射する光線群の拡散する角度θにおいて以下の式（１）が成立する場合に、凸レンズＬ２から出射する光線群が対応する凸レンズＬ１のみに入射し、かつ、この凸レンズＬ１の全面に入射する。ここで、ＤＡは、凸レンズＬ１、Ｌ２の口径とする。
θ＝２ａｒｃｔａｎ［ＤＡ／（２ｆＡ）］      …（１）
【００４５】
一方、凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像の各点に入射する光線群の収束する角度θ’は、以下の式（２）によって表される。ここで、ＤＰは、投射レンズ２２（図１参照）の射出瞳の径（口径）とする。
θ’＝２ａｒｃｔａｎ［ＤＰ／（２ａ）］      …（２）
【００４６】
そして、凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像のひとつの点に着目すると、入射する光線群の収束する角度θ’と、出射する光線群の拡散する角度θは、ほぼ同一と考えてよいため、式（１）と式（２）とから、θ’＝θ、すなわち、以下の式（３）を満たすように凸レンズＬ２を設計し、かつ、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡだけ凸レンズＬ１、Ｌ２を光軸方向に離隔させて配置することで、凸レンズＬ２は、入射した光を対応する凸レンズＬ１のみに出射することができる。
ＤＡ／ｆＡ＝ＤＰ／ａ      …（３）
【００４７】
ここで、従来の直視型のディスプレイを用いる場合やスクリーンに要素画像を投射する場合には、ディスプレイやスクリーンの表面から様々な方向に拡散して出射した光が、レンズ群の対応するレンズとそれ以外の複数のレンズとに入射する。しかし、立体像表示装置３では、凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像の各々の点からの光はすべて、対応する凸レンズＬ１に出射するため、光量が確保できるとともに、偽の視域の発生を抑制することができる。更に、拡散板を設けなくても、凸レンズＬ２からの光を凸レンズＬ１の全面に過不足なく入射させることができるため、要素画像群の解像度が劣化しない。
【００４８】
ここで、凸レンズＬ２からの光をすべて凸レンズＬ１に入射させるためには、以下の式（４）を満たしていればよい。
θ≦２ａｒｃｔａｎ［ＤＡ／（２ｆＡ）］      …（４）
そして、θ’≒θより、Ｄｐ／ａ≦ＤＡ／ｆＡを満たしていればよい。ここで、Ｄｐ／ａ＜ＤＡ／ｆＡであるときには、凸レンズＬ１の周縁に光が入射しない領域が生じ、凸レンズＬ１の周縁部に非発光の部分が生じるが、凸レンズＬ２の内部に結像した要素画像からの光が、対応する凸レンズＬ１以外、例えば、対応する凸レンズＬ１に隣接する凸レンズＬ１に入射しない点では、式（３）が成り立つ場合と同様である。
【００４９】
図１に戻って説明を続ける。第１のレンズ群３３は、凸レンズ３１の光軸Ａに直交する同一平面上に、アレイ状に配列された複数の凸レンズＬ１、Ｌ１、…から構成される。なお、凸レンズ３１の光軸Ａ上に、第２のレンズ群３２及び第１のレンズ群３３の中心がくるように設置される。
【００５０】
凸レンズ（第１の要素光学レンズ系）Ｌ１は、対応する凸レンズＬ２から入射した要素画像の像の各々の点からの光を、集光する、あるいは、平行光にするものである。なお、ここでは、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡと凸レンズＬ２の焦点距離ｆＢとが等しいこととし、凸レンズＬ１が、対応する凸レンズＬ２から入射した要素画像の像の各々の点からの光を平行光にする場合について説明する。しかし、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡが、凸レンズＬ１と凸レンズＬ２の距離より小さいこととし、観察位置において光が主光線を中心に収束するようにしてもよい。
【００５１】
ここで、凸レンズＬ２の内部の要素画像の像のひとつの点に着目すると、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、凸レンズＬ１に入射した光の主光線はそのまま直進し、凸レンズＬ１に入射した光線群は主光線と同じ傾きを持つ平行光となって出射する。そして、この傾きは、着目する点の凸レンズＬ２における中心からの偏移量に応じて定まる。
【００５２】
このようにして、各凸レンズＬ１からは、対応する要素画像からの光が、凸レンズＬ２における中心からの偏移量に応じた傾きの平行光となって出射して、一定の角度の視域を形成する。そして、立体像表示システム１全体としては、図４に示すような、すべての凸レンズＬ１の視域の共通領域としての視域が形成される。図４は、立体像表示システムの視域を模式的に示す模式図である。
【００５３】
なお、第２のレンズ群３２は、各凸レンズＬ２が接する境界における一定領域（例えば、口径の外側１０％）に黒色の塗料が塗布されるなどして遮光されることとしてもよい。このようにすることで、再生される立体像（図示せず）のコントラストの低下を防ぐことができる。
【００５４】
また、凸レンズ３１の焦点距離ｆＣを、プロジェクタ２の投射距離ａに近い値とし、当該凸レンズ３１と第２のレンズ群３２とを隣接させて設置することとしてもよい。このように設置することで、立体像表示装置３の大きさを小さくすることができるが、立体像表示装置３の大きさに制限がない場合には、凸レンズ３１と、第２のレンズ群３２とを離して設置することとしてもよい。
【００５５】
［立体像表示システムの動作（第一の実施の形態）］
次に、図１を参照して、本発明における立体像表示システム１が、立体像を表示する動作について説明する。
【００５６】
まず、プロジェクタ２の表示手段２１に要素画像群を表示する。そうすると、表示手段２１からの光は、投射レンズ２２に入射する。この光は、投射レンズ２２によって投射され、立体像表示装置３は、凸レンズ３１によって、投射された光を収束する。そして、各々の要素画像の像が、対応する凸レンズＬ２の内部に形成される。
【００５７】
更に、各凸レンズＬ２の内部に形成された要素画像の像からの光は、凸レンズＬ２によって、光路の方向付けがなされ、第１のレンズ群３３の、対応する凸レンズＬ１のみに入射する。そして、凸レンズＬ２内部の要素画像の像からの光は、凸レンズＬ２における中心からの偏移量に応じた傾きの平行光となって凸レンズＬ１から出射する。以上の動作によって、立体像表示システム１は、要素画像群によって示される立体像を表示することができる。
【００５８】
［立体像表示システムの構成（第二の実施の形態）］
次に、図５を参照して、本発明の第二の実施の形態である立体像表示装置３Ａを備える立体像表示システム１Ａの構成について説明する。図５は、本発明の第二の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示手段２１の表示された複数の要素画像の中のある要素画像の中心における画素からの光の光路を模式的に図示した。図５に示すように、立体像表示システム１Ａは、要素画像群を投射し、立体像を表示するものである。
【００５９】
立体像表示システム１Ａは、立体像表示装置３に代えて立体像表示装置３Ａを備える。立体像表示システム１Ａ内のプロジェクタ２は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
立体像表示装置３Ａは、プロジェクタ２から投射された要素画像群の光から立体像を表示するものである。ここで、立体像表示装置３Ａは、凸レンズ３１に代えて凸レンズ３１Ａを、第１のレンズ群３３に代えて第１のレンズ群３３Ａを備える。立体像表示装置３Ａ内の第２のレンズ群３２は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
凸レンズ（集光光学系）３１Ａは、プロジェクタ２から入射した光を集光するものである。この凸レンズ３１Ａは、投射レンズ２２と同一の光軸Ａ上に設けられ、投射レンズ２２から投射された光のすべてが当該凸レンズ３１Ａに入射する。ここで、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ａとの距離は、当該凸レンズ３１Ａの焦点距離ｆＣより大きい。そして、この凸レンズ３１Ａに関して、投射レンズ２２の位置及び視域が形成される位置は共役の位置になる。すなわち、投射レンズ２２の像が視域の位置に形成される位置関係となる。
【００６２】
第１のレンズ群３３Ａは、凸レンズ３１Ａの光軸Ａに直交する同一平面上に、アレイ状に配列された複数の凸レンズ（第１の要素光学レンズ系）Ｌ１Ａ、Ｌ１Ａ、…から構成される。ここでは、第１のレンズ群３３Ａの凸レンズＬ１Ａの配列間隔Ｐ１は、第２のレンズ群３２の凸レンズＬ２の配列間隔Ｐ２より小さく設定され、以下の式（５）が成り立つ。なお、ｆＡは、凸レンズＬ１の焦点距離であり、凸レンズＬ１Ａと凸レンズＬ２との光軸方向の距離と一致する。また、Ｖは、凸レンズＬ１Ａから視域までの光軸方向の距離である。
Ｐ２＝Ｐ１（１＋ｆＡ／Ｖ）      …（５）
【００６３】
そして、凸レンズ３１Ａの光軸Ａ上に、第２のレンズ群３２及び第１のレンズ群３３Ａの中心がくるように設置され、凸レンズＬ１Ａはそれぞれ１つの凸レンズＬ２に対応している。また、凸レンズＬ１Ａが、光軸Ａから当該光軸Ａに直交する方向に離れた位置にあるほど、当該凸レンズＬ１Ａに対応する凸レンズＬ２は、当該凸レンズＬ１Ａに対して光軸Ａに直交する方向に更に離れた位置に設置される。
【００６４】
そして、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ａとを当該凸レンズ３１Ａの焦点距離ｆＣより大きい距離だけ離して設置するとともに、第１のレンズ群３３Ａの凸レンズＬ１Ａの配列間隔Ｐ１を、第２のレンズ群３２の凸レンズＬ２の配列間隔Ｐ２より小さく設定して、凸レンズＬ１Ａ、Ｌ２を対応する要素画像の中心における画素からの光の主光線上に配置することで、対応する凸レンズＬ１Ａ及び凸レンズＬ２の組の各々によって形成される視域は、配列間隔Ｐ１及び配列間隔Ｐ２が等しい場合に比べて、光軸Ａよりに傾く。そのため、すべての凸レンズＬ１Ａ及び凸レンズＬ２の視域の共通領域としての視域が広くなる。
【００６５】
このような立体像表示装置３Ａとすることで、広い視域を確保できるとともに、拡散板を用いないため解像度が劣化せず、更に、前記の式（４）を満たすように凸レンズＬ１Ａを設計することで、偽の視域が生じない立体像表示システム１Ａとすることができる。
【００６６】
［立体像表示システムの構成（第三の実施の形態）］
次に、図６を参照して、本発明の第三の実施の形態である立体像表示装置３Ｂを備える立体像表示システム１Ｂの構成について説明する。図６は、本発明の第三の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示手段２１の表示された複数の要素画像の中のある要素画像の中心における画素からの光の光路を模式的に図示した。図６に示すように、立体像表示システム１Ｂは、要素画像群を投射し、立体像を表示するものである。
【００６７】
立体像表示システム１Ｂは、立体像表示装置３に代えて立体像表示装置３Ｂを備える。立体像表示システム１Ｂ内のプロジェクタ２は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
立体像表示装置３Ｂは、プロジェクタ２から投射された要素画像群の光から立体像を表示するものである。ここで、立体像表示装置３Ｂは、凸レンズ３１に代えて凸レンズ３１Ｂを備える。立体像表示装置３Ｂ内の第２のレンズ群３２及び第１のレンズ群３３は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
凸レンズ（集光光学系）３１Ｂは、第２のレンズ群３２から入射した光を集光するものである。この凸レンズ３１Ｂは、投射レンズ２２と同一の光軸Ａ上に設けられ、投射レンズ２２から投射されて第２のレンズ群３２を通過した光のすべてが当該凸レンズ３１Ｂに入射する。ここで、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ｂとの距離は、当該凸レンズ３１Ｂの焦点距離ｆＣより大きく、更に、凸レンズ３１Ｂは、第２のレンズ群３２と第１のレンズ群３３との間に設置される。
【００７０】
ここで、第１のレンズ群３３の凸レンズＬ１の配列間隔と、第２のレンズ群３２の凸レンズＬ２の配列間隔は等しく、かつ、投射レンズ２２によって投射された要素画像群の像は、第２のレンズ群３２に形成される。そして、凸レンズ３１Ｂの光軸Ａ上に、第２のレンズ群３２及び第１のレンズ群３３の中心がくるように設置され、凸レンズＬ１はそれぞれ１つの凸レンズＬ２に対応している。
【００７１】
そして、凸レンズ３１Ｂの焦点距離をｆＣとすると、投射レンズ２２の位置と視域の位置とが共役の関係になり、以下の式（６）が成り立つ。
１／ｆＣ＝１／（ａ＋ｃ）＋１／（ｆＡ＋Ｖ−ｃ）      …（６）
【００７２】
そして、各要素画像の像の中心は凸レンズＬ２の中心と一致し、表示手段２１上の各要素画像の中心から投射レンズ２２の中心を通った光は、凸レンズＬ２の中心を通り、凸レンズ３１Ｂによって屈折して光軸Ａよりに向きを変える。そして、この光が、凸レンズＬ１の中心を通った後に視域の中心に至るようにすることで、観察者（図示せず）が、第１のレンズ群３３を介して第２のレンズ群３２の内部に形成された要素画像群の像を見ることができる。
【００７３】
そして、第２のレンズ群３２を通過した光を、凸レンズ３１Ｂによって集光させることで、各々の凸レンズＬ２からの光が光軸Ａよりに向きを変えて屈折するため、各々凸レンズＬ１によって形成される視域は、図１に示す立体像表示装置３と比べて、光軸Ａよりに傾く。そのため、すべての凸レンズＬ１の視域の共通領域としての視域が広くなる。
【００７４】
そして、投射レンズ２２と、凸レンズ３１Ｂと、第２のレンズ群３２と、第１のレンズ群３３との位置関係から、以下の式（７）が成り立つ。
（ａ＋ｃ）：（Ｖ＋ｆＡ−ｃ）＝ｃ：（ｆＡ−ｃ）      …（７）
そして、式（７）から以下の式（８）が得られる。
ｃ＝ａ・ｆＡ／（ａ＋Ｖ）      …（８）
【００７５】
そして、凸レンズＬ１と凸レンズＬ２は間隔ｆＡで固定されており、第２のレンズ群３２から前記の式（８）を満たす距離ｃだけ離れた位置に凸レンズ３１Ｂを設置することで、凸レンズＬ１、Ｌ１、…の配列間隔及び凸レンズＬ２、Ｌ２、…の配列間隔が等しい、同一の形状の第１のレンズ群３３及び第２のレンズ群３２を用いることができる。
【００７６】
このような立体像表示装置３Ｂとすることで、広い視域を確保できるとともに、拡散板を用いないため解像度が劣化せず、更に、前記の式（４）を満たすように凸レンズＬ１を設計することで、偽の視域が生じない立体像表示システム１Ｂとすることができる。
【００７７】
［立体像表示システムの構成（第四の実施の形態）］
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第四の実施の形態である立体像表示装置３Ｃを備える立体像表示システム１Ｃの構成について説明する。図７は、本発明の第四の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。図８は、凸レンズ３１Ｃと、１つの凸レンズＬ１に入射する光を模式的に示した模式図である。なお、図７では、各要素画像の中心における画素から出射し、投射レンズ２２の中心を通る光の光路を点線で、各要素画像の境界付近の画素から出射し、投射レンズ２２の中心を通る光の光路を実線で示した。また、ここでは、第１のレンズ群３３において、６個の凸レンズＬ１が縦に配列されている場合を示したが、凸レンズＬ１の数はこれに限定されない。図７に示すように、立体像表示システム１Ｃは、要素画像群を投射し、立体像を表示するものである。
【００７８】
立体像表示システム１Ｃは、立体像表示装置３に代えて立体像表示装置３Ｃを備える。立体像表示システム１Ｃ内のプロジェクタ２は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
立体像表示装置３Ｃは、プロジェクタ２から投射された要素画像群の光から立体像を表示するものである。ここで、立体像表示装置３Ｃは、第２のレンズ群３２を備えず、凸レンズ３１に代えて凸レンズ３１Ｃを備える。立体像表示装置３Ｃ内の第１のレンズ群３３は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
凸レンズ（集光光学系）３１Ｃは、投射レンズ２２から入射した光を集光するものである。この凸レンズ３１Ｃは、投射レンズ２２と同一の光軸（図示せず）上に設けられ、投射レンズ２２から投射された光のすべてが当該凸レンズ３１Ｃに入射する。ここで、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ｃとの距離は、当該凸レンズ３１Ｃの焦点距離ｆＣに等しく、更に、ここでは、凸レンズ３１Ｃは、光路上において第１のレンズ群３３の前に設置されることとした。
【００８１】
また、ここでは、投射レンズ２２の投射距離ａと、凸レンズ３１Ｃの焦点距離ｆＣは等しく、投射レンズ２２によって投射された要素画像群の像は、凸レンズ３１Ｃの内部に形成される。そして、投射レンズ２２の光軸上に、凸レンズ３１Ｃ及び第１のレンズ群３３の中心がくるように設置され、要素画像の像の各々は１つの凸レンズＬ１に対応している。
【００８２】
そして、投射レンズ２２の中心を通る光線群に着目すると、この光線群は、凸レンズ３１Ｃによって屈折して光軸に平行になって出力される。そして、この光線群は、第１のレンズ群３３に入射して、各凸レンズＬ１の集光作用により後焦点位置で様々な角度を持つ光線となり、視域が形成される。
【００８３】
ここで、図８を参照（適宜図７参照）して、１つの要素画像の像と、この要素画像の像に対応する凸レンズＬ１とについて説明する。図８に示すように、凸レンズ３１Ｃ内の要素画像の像の各画素は、投射レンズ２２の口径に応じた角度範囲の入射光の結像によって形成されるが、凸レンズ３１Ｃの出力側では、この光線群の主光線はすべて光軸と平行になり、その周囲に入射光とほぼ同じ角度範囲を持つ光線群が出射する。そのため、要素画像の周辺部の光の一部は対応する凸レンズＬ１に入射しないものの、立体像表示装置３Ｃを、凸レンズ３１Ｃと、１つのレンズ群（第１のレンズ群３３）とで構成できるとともに、拡散板を用いないため解像度が劣化しない。
【００８４】
なお、要素画像の像と凸レンズＬ１との距離ｂは、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＡとほぼ等しく、凸レンズＬ１は、要素画像の各々の点からの光を観察者側に集光する、あるいは、平行光にする作用を持つ。また、偽の視域の発生をある程度制限するためには、ＤＡ／ｂ≦Ｄｐ／ａを満たすことが望ましい。更に、凸レンズ３１Ｃは凸レンズＬ１のプロジェクタ２側に設置されても観察者（図示せず）側に設置されてもよい。
【００８５】
［立体像表示システムの構成（第五の実施の形態）］
次に、図９を参照して、本発明の第五の実施の形態である立体像表示装置３Ｄを備える立体像表示システム１Ｄの構成について説明する。図９は、本発明の第五の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。なお、図９では、各要素画像の中心における画素から出射し、投射レンズ２２の中心を通る光の光路を点線で、各要素画像の境界付近の画素から出射し、投射レンズ２２の中心を通る光の光路を実線で示した。また、ここでは、第１のレンズ群３３Ｄにおいて、６個の凸レンズＬ１Ｄが縦に配列されている場合を示したが、凸レンズＬ１Ｄの数はこれに限定されない。図９に示すように、立体像表示システム１Ｄは、要素画像群を投射し、立体像を表示するものである。
【００８６】
立体像表示システム１Ｄは、立体像表示装置３に代えて立体像表示装置３Ｄを備える。立体像表示システム１Ｄ内のプロジェクタ２は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
立体像表示装置３Ｄは、プロジェクタ２から投射された要素画像群の光から立体像を表示するものである。ここで、立体像表示装置３Ｄは、第２のレンズ群３２を備えず、凸レンズ３１に代えて凸レンズ３１Ｄを、第１のレンズ群３３に代えて第１のレンズ群３３Ｄを備える。
【００８８】
凸レンズ（集光光学系）３１Ｄは、投射レンズ２２から入射した光を集光するものである。この凸レンズ３１Ｄは、投射レンズ２２と同一の光軸（図示せず）上に設けられ、投射レンズ２２から投射された光のすべてが当該凸レンズ３１Ｄに入射する。ここで、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ｄとの距離は、当該凸レンズ３１Ｄの焦点距離ｆＣより大きく、ここでは、投射レンズ２２の投射距離ａと、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ｄとの距離は等しいこととした。そして、投射レンズ２２によって投射された要素画像群の像は、凸レンズ３１Ｄの内部に形成される。
【００８９】
更に、凸レンズ３１Ｄは、光路上において第１のレンズ群３３Ｄの前に設置される。そして、この凸レンズ３１Ｄに関して、投射レンズ２２の位置及び視域が形成される位置は共役の位置になる。すなわち、投射レンズ２２の像が視域の位置に形成される位置関係となる。
【００９０】
第１のレンズ群３３Ｄは、凸レンズ３１Ｄの光軸（図示せず）に直交する同一平面上に、アレイ状に配列された複数の凸レンズ（第１の要素光学レンズ系）Ｌ１Ｄ、Ｌ１Ｄ、…から構成される。そして、投射レンズ２２の光軸上に、凸レンズ３１Ｄ及び第１のレンズ群３３Ｄの中心がくるように設置され、凸レンズ３１Ｄ内部に形成された要素画像の像の各々は１つの凸レンズＬ１Ｄに対応している。ここでは、第１のレンズ群３３Ｄの凸レンズＬ１Ｄの配列間隔Ｐ１は、各々の要素画像の像の配列間隔Ｐ２より小さく設定され、以下の式（９）が成り立つ。なお、ｂは、凸レンズ３１Ｄと第１のレンズ群３３Ｄとの距離である。また、Ｖは、凸レンズＬ１Ｄから視域までの光軸方向の距離である。
Ｐ２＝Ｐ１（１＋ｂ／ｖ）      …（９）
【００９１】
そして、凸レンズ３１Ｄの光軸上に、要素画像群の像及び第１のレンズ群３３Ｄの中心がくるように設置され、凸レンズＬ１Ｄが、光軸から当該光軸に直交する方向に離れた位置にあるほど、当該凸レンズＬ１Ｄに対応する要素画像の像は、当該凸レンズＬ１Ｄに対して光軸に直交する方向に更に離れた位置に形成される。
【００９２】
そして、投射レンズ２２と凸レンズ３１Ｄとを当該凸レンズ３１Ｄの焦点距離ｆＣより大きい距離だけ離して設置するとともに、第１のレンズ群３３Ｄの凸レンズＬ１Ｄの配列間隔Ｐ１を、各々の要素画像の像の配列間隔Ｐ２より小さく設定して、凸レンズＬ１Ｄを対応する要素画像の中心における画素からの光の主光線上に配置することで、対応する凸レンズＬ１Ｄの各々によって形成される視域は、配列間隔Ｐ１及び配列間隔Ｐ２が等しい場合に比べて、光軸よりに傾く。そのため、すべての凸レンズＬ１Ｄの視域の共通領域としての視域が広くなる。
【００９３】
このような立体像表示装置３Ｄとすることで、広い視域を確保できる。また、立体像表示装置３Ｄを、凸レンズ３１Ｄと、１つのレンズ群（第１のレンズ群３３Ｄ）とで構成できるとともに、拡散板を用いないため解像度が劣化しない。
【００９４】
なお、要素画像の像と凸レンズＬ１Ｄとの距離ｂは、凸レンズＬ１Ｄの焦点距離ｆＡとほぼ等しく、凸レンズＬ１Ｄは、要素画像の各々の点からの光を観察者側に集光する、あるいは、平行光にする作用を持つ。また、偽の視域の発生をある程度制限するためには、ＤＡ／ｂ≦Ｄｐ／ａを満たすことが望ましい。更に、凸レンズ３１Ｄは凸レンズＬ１Ｄのプロジェクタ２側に設置されても観察者（図示せず）側に設置されてもよい。
【００９５】
なお、ここで説明した第１のレンズ群３３、３３Ａ、３３Ｄ及び、第２のレンズ群３２は、水平方向及び鉛直方向に集光作用を有する凸レンズＬ１（Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｄ）、Ｌ２を２次元方向に配列することとしたが、一方向に集光作用を持つレンズ（図示せず）を一方向に配列した第１のレンズ群及び第２のレンズ群（図示せず）としてもよい。例えば、水平方向に集光作用を有するレンズ（図示せず）を水平方向に配列したレンチキュラーレンズシートからなる第１のレンズ群及び第２のレンズ群（図示せず）としてもよい。このとき、要素画像群の結像位置には垂直方向に拡散作用を有する垂直拡散板（図示せず）が配置される。この垂直拡散板は、垂直方向のみに拡散特性があるようにビーム整形されたホログラフィックディフューザ（図示せず）、もしくは、垂直方向に屈折作用のあるレンチキュラーレンズシートを用いることができる。なお、垂直方向のみに拡散作用を有する垂直拡散板を設置した場合には、立体作用を生じる水平方向の特性に影響を与えず、解像度の低下は生じない。
【００９６】
更に、特許請求の範囲に記載の集光光学系、第１の要素光学レンズ系及び第２の要素光学レンズ系が、それぞれ、凸レンズ３１、凸レンズＬ２及び凸レンズＬ１（Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｄ）からなることとしたが、例えば、光ファイバレンズ等のレンズからなることとしてもよいし、複数のレンズを組み合わせて構成されることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置の、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２に入射する光の光路を模式的に示した模式図、（ａ）は、要素画像の中心における画素からの光が入射した場合の光路を模式的に示した模式図、（ｂ）は、要素画像の中心以外の画素からの光が入射した場合の光路を模式的に示した模式図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置の、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２に入射及び出射する光線群を模式的に示した模式図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの視域を模式的に示す模式図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態である立体像表示装置の凸レンズ３１Ｃと、１つの凸レンズＬ１に入射する光を模式的に示した模式図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態である立体像表示装置を備える立体像表示システムの構成を模式的に示した模式図である。
【図１０】従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、従来のＩＰ方式によってＩＰ画像を撮影する装置の構成を模式的に示す模式図、（ｂ）は、従来のＩＰ方式によって立体像を表示する装置の構成を模式的に示す模式図である。
【図１１】背面投射型映像装置とスクリーンの構造の例を模式的に示す模式図である。
【図１２】従来のＩＰ方式の表示装置における要素画像とレンズと視域との関係を説明するための説明図、（ａ）は、要素画像とレンズの配置によって決定される視域を模式的に示す模式図、（ｂ）は、偽の視域の例を模式的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００９８】
２      プロジェクタ（投影装置）
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  立体像表示装置
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ  凸レンズ（集光光学系）
３２    第２のレンズ群
Ｌ２    凸レンズ（第２の要素光学レンズ系）
３３、３３Ａ、３３Ｄ  第１のレンズ群
Ｌ１、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｄ  凸レンズ（第１の要素光学レンズ系）
【図１】
0004728825.tif 000002
【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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