(57)【要約】３次元表示装置（１０）は、バックライト（１８）とイメージパネル（１６）を備える。レンズアレイ（１４）は、画像パネル（１６）に対して垂直な光軸を有する複数の集束レンズ（１４Ａ〜１４Ｊ）を有する。アパーチャマスク（１２）は、それぞれ対応するレンズに接近して整列される複数の電気光学素子（１２Ａ〜１２Ｊ）を有する。電気光学素子は、光線通過させる「オン」状態と、光線通過させない「オフ」状態とに選択切換できる。コントローラ（１９）は、画像パネルとアパーチャマスクに電子的接続され、それぞれサブセット内で１つの電気光学素子を選択して「オン」に切換え、残りの電気光学素子を「オフ」に切換える。コントローラ（１９）は、画像パネルに対し、画像のうちの選択した複数の表現部分を与える。それぞれ表現部分は、画像の複数の互いに異なる視野方向（Ａ）に対応する。
2010537225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライト（１８）と、前記バックライト（１８）の外方に配置される平面の画像パネル（１６）と、前記画像パネル（１６）の外方に配置される平面のレンズアレイ（１４）と、前記レンズアレイ（１４）の外方に配置される平面のアパーチャマスク（１２）と、前記画像パネル（１６）と前記アパーチャマスク（１２）の両方に電子的接続されるコントローラ（１９）とを備える画像表示装置（１０）において、
前記レンズアレイ（１４）は、複数の集束レンズ（１４Ａ〜１４Ｊ）を含み、それぞれ前記集束レンズ（１４）は、前記画像パネル（１６）に対して垂直な光軸を有し、
前記アパーチャマスク（１２）は、それぞれ対応する前記集束レンズ（１４）に接近して整列される複数の電気光学素子（１２Ａ〜１２Ｊ）を含み、それぞれ前記電気光学素子（１２）は、前記電気光学素子（１２）自身を光線通過させる「オン」状態と、光線通過させない「オフ」状態とに選択切換可能であり、複数の前記電気光学素子（１２）は、互いに隣接する前記電気光学素子（１２）のサブセットとして配列され、
前記コントローラ（１９）は、前記電気光学素子（１２）のそれぞれサブセット内で１つの電気光学素子（１２）を選択することと、選択した前記電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つそれぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えることと、選択した「オン」の前記電気光学素子（１２）に対応する画像内の選択した複数の表現部分を、前記画像パネル（１６）に与えることとを繰返し行うように動作し、それぞれ前記表現部分は、前記画像の複数の互いに異なる観察方向（Ａ）に対応することを特徴とする、画像表示装置（１０）。
【請求項２】
前記集束レンズ（１４）はシリンドリカルレンズであり、それぞれ前記シリンドリカルレンズは、
前記光軸に対して垂直な第１方向において正の屈折力を有し、
前記光軸に対して垂直な第２方向においてゼロの屈折力を有する、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、平坦な焦点場を有する、
請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記集束レンズ（１４）は、水平方向に互いに隣接するレンズの群であるレンズ群として配列され、
それぞれ前記レンズ群は、前記電気光学素子（１２）のサブセットに対応する、
請求項２記載の画像表示装置。
【請求項５】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の幅は、１ｍｍである、
請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の光軸に対する垂直方向において、
前記集束レンズ（１４）の最小物理長は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである、
請求項４記載の画像表示装置。
【請求項７】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍よりも大きい、
請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍〜１５倍である、
請求項６記載の画像表示装置。
【請求項９】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、メニスカスレンズである、
請求項２記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記集束レンズ（１４）は、前記光軸に対して垂直な第１方向と第２方向において正の屈折力を有するように、半径方向に対称性を有する、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１１】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、平坦な焦点場を有する、
請求項１０記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記集束レンズ（１４）は、複数のレンズが互いに隣接する規則的アレイ群として配列され、
それぞれ前記アレイ群は、前記電気光学素子（１２）のサブセットに対応する、
請求項１０記載の画像表示装置。
【請求項１３】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の直径は、１ｍｍである、
請求項１２記載の画像表示装置。
【請求項１４】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の光軸に対する垂直方向において、
前記集束レンズ（１４）の最小物理長は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである、
請求項１２記載の画像表示装置。
【請求項１５】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍よりも大きい、
請求項１４記載の画像表示装置。
【請求項１６】
それぞれ前記集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍〜１５倍である、
請求項１４記載の画像表示装置。
【請求項１７】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、メニスカスレンズである、
請求項１０記載の画像表示装置。
【請求項１８】
複数の前記集束レンズ（１４）は、共通の焦点面を有し、
前記画像パネル（１６）は、前記焦点面に配置され、
前記画像パネル（１６）の面積は、前記レンズアレイ（１４）の面積に等しく、
前記画像パネル（１６）は、複数の画素を有し、
前記画素の数は、前記レンズの数よりも有意に大きい、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記電気光学素子（１２）から成る選択したそれぞれサブセットにおいて、
選択した前記サブセットの１つの前記電気光学素子（１２）に近接するそれぞれ前記集束レンズ（１４）は、前記画像パネル（１６）のうちの他の部分には重複しない一部分に対応し、
前記他の部分は、選択した前記サブセットの他の電気光学素子（１２）に近接する他のレンズの何れかに対応し；
前記画像パネル（１６）の上記部分のうちの何れか１つの面積は、前記集束レンズ（１４）のうちの何れか１つの面積よりも大きい、
請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した前記電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つそれぞれサブセットの残り全ての前記電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能である、
請求項１９記載の画像表示装置。
【請求項２１】
前記コントローラ（１９）は更に、一定の非連続順序で、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つそれぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように動作可能である、
請求項２０記載の画像表示装置。
【請求項２２】
前記非連続順序は、ランダムである、
請求項２１記載の画像表示装置。
【請求項２３】
前記画素の数は、前記レンズの数の少なくとも５倍である、
請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記集束レンズ（１４）はシリンドリカルレンズであり、前記シリンドリカルレンズは、
前記光軸に対して垂直な第１方向において正の屈折力を有し、且つ
前記光軸に対して垂直な第２方向においてゼロの屈折力を有し、
前記画素の数は、前記レンズの数の５倍〜１５倍である、
請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２５】
前記集束レンズ（１４）は、前記光軸に対して垂直な第１方向と第２方向において正の屈折力を有するように、半径方向に対称性を有し；
前記画素の数は、前記レンズの数の２５倍から２００倍である、
請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２６】
前記画像表示方法は更に、
互いに隣接する集束レンズ（１４）同士の間に設けられる光吸収バリア（１７Ａ〜１７Ｊ）を備え、その結果、前記集束レンズ（１４）同士の間において光線通過させない、
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項２７】
前記コントローラ（１９）は更に、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えるように動作可能である、
請求項２０記載の画像表示装置。
【請求項２８】
前記コントローラ（１９）は更に、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の５％〜１５％を切換えるように動作可能である、
請求項２０記載の画像表示装置。
【請求項２９】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、平坦な焦点場を有する、
請求項２３記載の画像表示装置。
【請求項３０】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり、
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えるように動作可能である、
請求項２９記載の画像表示装置。
【請求項３１】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり；
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えるように動作可能である、
請求項３記載の画像表示装置。
【請求項３２】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり；
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えるように動作可能である、
請求項２記載の画像表示装置。
【請求項３３】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり；
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えるように動作可能である、
請求項２３記載の画像表示装置。
【請求項３４】
それぞれ集束レンズ（１４）は、メニスカスレンズである、
請求項２５記載の画像表示装置。
【請求項３５】
前記画像表示方法は更に、
互いに隣接する集束レンズ（１４）同士の間に設けられる光吸収バリア（１７Ａ〜１７Ｊ）を備え、その結果、前記集束レンズ（１４）同士の間において光線通過させない、
請求項３４記載の画像表示装置。
【請求項３６】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり；
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の５％〜１５％を切換えるように動作可能である、
請求項３５記載の画像表示装置。
【請求項３７】
それぞれ集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍〜１５倍である、
請求項３６記載の画像表示装置。
【請求項３８】
前記集束レンズ（１４）はシリンドリカルレンズであり、前記シリンドリカルレンズは、
前記光軸に対して垂直な第１方向において正の屈折力を有し、且つ
前記光軸に対して垂直な第２方向においてゼロの屈折力を有し、
前記画素の数は、前記レンズの数の５倍〜１５倍である、
請求項３１記載の画像表示装置。
【請求項３９】
前記集束レンズ（１４）は、前記光軸に対して垂直な第１方向と第２方向において正の屈折力を有するように、半径方向に対称性を有し、
前記画素の数は、前記レンズの数の２５倍〜２００倍である、
請求項３１記載の画像表示装置。
【請求項４０】
それぞれ前記集束レンズ（１４）は、メニスカスレンズである、
請求項３９記載の画像表示装置。
【請求項４１】
前記画像表示方法は更に、
前記集束レンズ（１４）同士の間において光線通過させないように、互いに隣接する前記集束レンズ（１４）同士の間に設けられる光吸収バリア（１７Ａ〜１７Ｊ）を備える、
請求項４０記載の画像表示装置。
【請求項４２】
前記コントローラ（１９）は更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で動作可能であり：
前記コントローラ（１９）は、前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の５％〜１５％を切換えるように動作可能である、
請求項４１記載の画像表示装置。
【請求項４３】
それぞれ集束レンズ（１４）の焦点距離は、前記集束レンズ（１４）の最小物理長の５倍〜１５倍である、
請求項４２記載の画像表示装置。
【請求項４４】
観察者が表示画像の奥行きを知覚できるように、２次元平面に画像を表示する画像表示方法であって、前記画像表示方法は、
複数の画像データ構造を生成する生成ステップであって、それぞれ前記画像データ構造は、水平方向に角度が広がる複数の第１観察方向のうち、互いに異なる１方向から観察される画像を定義することと；
複数の画像領域を備える画像パネル（１６）を提供する画像パネル提供ステップであって、それぞれ前記画像領域は、Ｍ列×Ｎ行の画像画素配列を含み、ＭとＮはそれぞれ整数であることと；
それぞれ前記画像データ構造を、画像サブ構造に分割する分割ステップであって、それぞれ前記画像サブ構造は、前記観察方向のうちの単一の観察方向と、前記画像領域のうちの単一の画像領域とに対応する、Ｍ列×Ｎ行の画像画素配列を含むことと；
前記画像パネル（１６）の外方に、複数の集束レンズ（１４）を配置するレンズ配置ステップであって、それぞれ集束レンズ（１４）は、前記画像パネル（１６）に対して垂直な光軸を有することと；
前記集束レンズ（１４）の外方に、複数の電気光学素子（１２）を配置する光学素子配置ステップであって、それぞれ前記電気光学素子（１２）は、光線通過させる「オン」状態と、光線通過させない「オフ」状態とに選択切換可能であることと；
前記集束レンズ（１４）のうちの対応する１つに近接して、それぞれ前記電気光学素子（１２）を整列させる整列ステップと；
互いに隣接する前記電気光学素子（１２）から成る複数のサブセットとして、前記電気
光学素子（１２）を配列する配列ステップと
を含み、
前記画像表示方法は更に、
それぞれ前記電気光学素子（１２）の前記サブセット内で、次順の電気光学素子（１２）を選択する選択ステップと；
前記画像領域のうちの１画像領域に対し、前記１画像領域に対応し且つ前記１画像領域に関連付けられた「オン」の電気光学素子（１２）にそれぞれ対応する互いに異なる前記画像サブ構造を与えると同時に、選択した前記電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、それぞれ前記サブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換える切換ステップと
を繰返し行うことを含むことを特徴とする、画像表示方法。
【請求項４５】
前記画素の数は、前記レンズの数の少なくとも５倍である、
請求項４４記載の画像表示方法。
【請求項４６】
それぞれ集束レンズ（１４）は、平坦な焦点場を有する、
請求項４４記載の画像表示方法。
【請求項４７】
前記切換ステップは更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で切換を行うことと；
前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えることと
を含む、請求項４４記載の画像表示方法。
【請求項４８】
それぞれ集束レンズ（１４）は、平坦な焦点場を有する、
請求項４５記載の画像表示方法。
【請求項４９】
前記選択ステップは更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で切換を行うことと；
前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えることと
を含む、請求項４５記載の画像表示方法。
【請求項５０】
前記選択ステップは更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で切換を行うことと；
前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えることと
を含む、請求項４６記載の画像表示方法。
【請求項５１】
前記切換ステップは更に、互いに等しい期間において、
選択した電気光学素子（１２）を「オン」に切換え、且つ
それぞれサブセットの残り全ての電気光学素子（１２）を「オフ」に切換えるように、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数で切換を行うことと；
前記期間のうちの何れか１期間において、
前記電気光学素子（１２）の２０％以下を切換えることと
を含む、請求項４８記載の画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、観察者が表示画像を高解像度の３次元（３Ｄ）画像として知覚するように、２次元（２Ｄ）平面で画像を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像は、観察者に特別な眼鏡またはヘッドギアを提供することによって生成される。このような眼鏡またはヘッドギアを装着すると、観察者には１対の立体画像が観察される。こうした眼鏡またはヘッドギアは、複数の観察者のうちの１人だけに、複数の画像のうちの１つを観察可能にできる。立体画像が生成される場合、観察者の左右の目の位置差によって視差が生じるため、それぞれ画像において対象物の位置が僅かに調節される。眼鏡またはヘッドギアによって、１対の立体画像のうち、左画像が観察者の左目に与えられ、次に右画像が右目に与えられ、更に再び左画像が左目に与えられ、このような表現が素早く連続的に行われる。左画像と右画像の表現の切換えは、観察者が知覚できないほど素早く行われ、これによって表示画像の奥行きが知覚される。しかし、特別な眼鏡またはヘッドギアの装着は、観察者にとって煩雑にもなり、上記のような３次元画像表示技術の使用は制限されている。
【０００３】
代替の３次元画像表示技術として、特別な眼鏡またはヘッドギアの装着を必要としないものもある。このような代替技術の１つとして、互いに異なる視角から互いに異なる画像が視認されるように画像を生成する光学構造を用いた、インテグラルイメージングがある。たとえば光学構造（たとえばレンズシートまたはアパーチャマスク）は、並置された多数の小画像から成る合成画像上に配置されてもよい。それぞれ並置画像は、僅かに異なる視点から視認される場合、所望の画像の独立した映像部分に対応する。観察者がこのような光学構造を介して合成画像を観察する場合、頭または目を自然に動かすと、その合成画像は異なる視角で観察される。視角が変わると、観察者には合成画像のうちの異なる領域が観察される。並置された小画像のうちの異なる１つにそれぞれ領域が対応する場合、視角の制限範囲内において、観察者には、奥行きのある合成画像が知覚される。
【０００４】
高画像解像度を維持しつつ、広い画像視野角において奥行きの表現を可能にすることが望まれている。上記のような１対の立体画像技術によって、画像解像度を実際に低下させることなく、比較的写実的な３次元画像が生成される。３Ｄ効果は、１つの視点位置からのみ知覚でき、観察者が頭または目を動かしたとき自然な視差は観察されない。より高機能のシステムにおいてはより多くの画像が使用され、観察者は様々な視角で互いに異なる視点位置から３Ｄ効果を知覚でき、また画像に対して水平方向に頭または目を動かしたとき、視差ズレがいくらか自然に感じられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０３６５１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、表現される画像対象物の奥行きが増すと、３次元画像が表示される２次元平面に比べて、３次元画像の解像度は低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの問題点は、以下のように解決される。
関連技術における上記の例と関係制限は例示であり、限定を意図したものではない。関連技術の他の制限は、本明細書と図面を読み理解することによって、当業者には明らかになるであろう。
【０００８】
図面を参照して、実施形態を説明する。本明細書に開示する実施形態と図面は、限定的ではなくむしろ説明的なものであると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】高解像度の３次元画像表示の観察を、ノンスケールで示す側断面図。
【図１Ｂ】高解像度の３次元画像表示の観察を、ノンスケールで示す平面図。
【図２】図１Ａと図１Ｂに示すアパーチャマスク（１０個の開口部を含む）とレンズサブセット（１０個のレンズを含む）を、ノンスケールで示す拡大背面図。
【図３】図１Ａと図１Ｂに示す表示装置の画像パネル部分に対して整列された図２の構造をノンスケールで示す上断面図。
【図４】図３と同様に、図２の構造の開口部のうちの１つを介して光線通過可能とした、この構造の作動を示す模式図。
【図５Ａ】図３と同様の構造を示す概略図。
【図５Ｂ】図４と同様に画像パネルの一部を示す前面図。
【図５Ｃ】図５Ａと同様に、しかし図５Ａが一方の平面においてのみ対称性を有するシリンドリカルを使用する実施形態を示すのに対し、半径方向に対称性を有するレンズを使用する実施形態を示す概略図。
【図５Ｄ】図５Ｂと同様に、しかし図５Ｂが一方の平面においてのみ対称性を有するシリンドリカルを使用する実施形態を示すのに対し、半径方向に対称性を有するレンズを使用する実施形態を示す前面図。
【図６Ａ】シリンドリカルレンズを使用する実施形態に対応するＭ列×Ｎ行の画素配列を示す概略図。
【図６Ｂ】半径方向に対称性を有するレンズを使用する実施形態に対応するＭ列×Ｎ行の画素配列を示す概略図。
【図７Ａ】図３と図４同様に、図２の開口部のうち連続的に選択した異なる１開口部を介して光線通過可能とした、この構造の連続作動状態を示す概略図。
【図７Ｂ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｃ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｄ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｅ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｆ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｇ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｈ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｉ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図７Ｊ】引続き連続作動状態を示す平面図。
【図８】画像パネルのうち直線上で互いに隣接し合う４つの部分に対して整列された、直線上で互いに隣接し合う４つの図２の構造を示し、これらのそれぞれ構造において１開口部を介して光線通過可能とした、図２の構造の作動を示す概略図。
【図９Ａ】レンチキュラメニスカスレンズの１つの小型レンズの拡大概略図。
【図９Ｂ】図９Ａの小型レンズに入射する光線の入射角θを示す概略図。
【図９Ｃ】異なる入射角を有する図９Ａの小型レンズを介して通過する光線の光路を示す概略図。
【図９Ｄ】異なる入射角を有する図９Ａの小型レンズを介して通過する光線の光路を示す概略図。
【図９Ｅ】異なる入射角を有する図９Ａの小型レンズを介して通過する光線の光を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
当業者がより十分に理解できるように、特定の詳細について以下に説明する。しかし、本開示が無用に不明瞭とならないよう、周知の要素の詳細については説明または図示を行っていない場合がある。したがって、説明と図面は限定的なものではなく、例示的なものとする。
【００１１】
図１Ａと図１Ｂは、観察者Ｖが、水平方向に広がる観察方向Ａ（すなわち図１Ｂに示すｘ方向に広がる観察方向Ａ）の角度において、ｚ方向の意図した視認距離ｄを介して観察する高解像度３次元画像の表示装置１０を示す。以下に説明するように、半径方向に対称性を有するレンズを使用しない限り、観察者Ｖは、垂直方向に広がる観察方向（すなわち図１Ａに示すｙ方向に広がる観察方向）の有意な範囲において表示装置１０を観察しないと仮定する。表示装置１０には、平面のレンズアレイ１４の外方に配置される平面のアパーチャマスク１２が組込まれており、同様にレンズアレイ１４は、平面の画像パネル１６の外方に配置されている。バックライト１８は、画像パネル１６を照射する。「内方」（すなわち後方）と「外方」（すなわち前方）は、図１Ａ、図３、図４、図５Ａ、図５Ｃ、および図８において両頭矢印Ｂによって示す。コントローラ１９は、以下に説明するように、アパーチャマスク１２と画像パネル１６に電子的接続され、それらの動作を制御する。
【００１２】
図２、図３、図４、図５Ａ、および図５Ｃは、アパーチャマスク１２のそれぞれ１０個の開口部のサブセットと、レンズアレイ１４のそれぞれ１０個のレンズのサブセットの一部と、画像パネル１６の関連する部分とを含む、表示装置１０の水平方向における小断面部を示す。表示装置１０には、このような断面部が多数組込まれている。
【００１３】
アパーチャマスク１２は、選択的に作動可能な複数の電気光学スイッチを備えている。たとえばアパーチャマスク１２は、選択的に作動可能な複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）素子を備えるＬＣＤパネルであってもよい。これらのＬＣＤ素子は、規則的アレイ群として（すなわち順序付けされた繰返しパターンとして）配列される。図２、図３、および図４は、水平方向に互いに隣接する選択的に作動可能な１０個のＬＣＤ素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉ，１２Ｊの一群を示す。それぞれＬＣＤ素子は、「オン」状態と「オフ」状態の間で選択的に作動可能である。ＬＣＤ素子が「オン」状態である場合、そのＬＣＤ素子は透明になり、光線が通過可能となる。ＬＣＤ素子が「オフ」状態である場合、そのＬＣＤ素子は不透明になり、光線は通過されない。選択的に作動可能な他の電気光学スイッチとして、たとえば特許文献１に開示されているエレクトロウェッティングディスプレイを用いて、アパーチャマスク１２を形成してもよい。
【００１４】
レンズアレイ１４は、規則的配列群として配列される複数のレンズを含む。それぞれレンズは、アパーチャマスク１２のＬＣＤ素子に近接して整列される。図２、図３、および図４は、水平方向に互いに隣接する１０個のシリンドリカルレンズ（単に「レンズ」とも言う）１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ，１４Ｈ，１４Ｉ，１４Ｊを示す。ＬＣＤ素子１２Ａは、シリンドリカルレンズ１４Ａに対して水平方向中央に配置され、ＬＣＤ素子１２Ｂは、シリンドリカルレンズ１４Ｂに対して水平方向中央に配置され、他のＬＣＤ素子も同様に配置されている。図２において、両頭矢印は、それぞれシリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｊがｙ方向に延びるように設けられることを表している。シリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｊの大きさと形状は、一様である。これらのシリンドリカルレンズは、光軸が互いに平行になり、且つレンズアレイ１４のマクロｘ−ｙ平面に対して光軸が垂直になるように整列される（すなわちレンズの光軸は、図に示すｚ方向に平行になる。つまり、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向は、互いに垂直である）。これ
らのシリンドリカルレンズはまた、観察者Ｖが、意図した視認距離ｄを介して表示装置１０を観察するときに、個々のレンズが識別できないほど小さい。たとえばそれぞれシリンドリカルレンズの直径は、１ｍｍであってもよい。あるいは、それぞれシリンドリカルレンズの最小物理長は、レンズの光軸に対する垂直方向において、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであってもよい。
【００１５】
それぞれシリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｊは、焦点比（すなわちｆ値）の高いフラットフィールド集束レンズであり、画像パネル１６に鮮明で平坦な焦点場を形成する。たとえばそれぞれレンズは、平坦な焦点曲面を有するように設計されたメニスカスレンズであってもよく、焦点比がｆ／１０であってもよい。それぞれレンズの焦点距離は、そのレンズの最小物理長の５倍よりも大きい。通常、それぞれレンズの焦点距離は、そのレンズの最小物理長の５倍〜１５倍である。これらのレンズがシリンドリカルレンズである場合（図２、図３、図４、および５Ａ）、ｘ方向において正の屈折力を有してもよく、ｙ方向においてゼロの屈折力を有してもよい。これらのそれぞれレンズが、（一方の平面においてのみ対称性を有するシリンドリカルレンズとは対照的に）図５Ｃに示すように半径方向において対称性を有する場合、ｘ方向とｙ方向における屈折力が同じであってもよい。レンズは、長方形配列（図示）、六角形配列、または別の規則的配列に配置されてもよい。図３に示すように、レンズ同士の間において光線通過させないように、互いに隣接するレンズ同士の間に光吸収バリア１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈ，１７Ｉ，１７Ｊが設けられてもよい。
【００１６】
画像パネル１６は、レンズアレイ１４に等しい物理長を有する電子制御可能なＬＣＤパネルであってもよい。この画像パネル１６は、レンズアレイ１４のレンズの光軸に平行（すなわちｚ方向に平行）な法線方向において、レンズの焦点面に配置される。画素パネル１６の画素の総数は、レンズアレイ１４のレンズの総数よりも有意に大きい（すなわち少なくとも５：１である）。これらのレンズがシリンドリカルレンズである場合、画素数は、レンズ数の５倍〜１５倍であってもよい。これらのレンズが半径方向に対称性を有する場合、画素数は、レンズ数の２５倍〜２００倍であってもよい。
【００１７】
コントローラ１９は、アパーチャマスク１２の電気光学スイッチから成る選択したサブセットを「オン」にし、残りのスイッチを「オフ」にする。すなわち「オン」スイッチに対して整列されたレンズは、画像パネル１６の重畳しない部分から発生する光線を、「オン」スイッチによって集束させることができる。このそれぞれ部分の面積は、個々のレンズの面積よりも大きい。選択したスイッチのサブセットを繰返し連続して切換えることによって、コントローラ１９は、選択した期間の等しい部分において、視覚システムの臨界融合周波数よりも高い周波数でそれぞれサブセットのそれぞれスイッチを「オン」にする。コントローラ１９は更に、アパーチャマスク１２の電気光学スイッチの「オン」と「オフ」の切換に同期して、繰返し連続して画像パネル１６に画像を与える。具体的には、コントローラ１９は、「オン」スイッチに対応する画像パネル１６の部分に対して、画像のうちの選択したセクションを与える。これによって、「オン」スイッチに対して整列されたレンズは、画像のうちの対応するセクションから発生する光線を受光し、この光線を「オン」スイッチによって集束させる。画像パネル１６の対応する部分に対して、画像のうちの互いに異なるセクションを素早く繰返し連続して与えること、ならびに画像パネル１６の対応する部分に関連付けられたアパーチャマスク１２のスイッチを同期的に、素早く繰返し連続して「オン」にすることによって、所望の統合高解像度の３Ｄ映像効果が得られる。これについては、図４、図５Ａ、図５Ｂ、および図７Ａ〜図７Ｊを参照して以下に説明する。
【００１８】
レンズ１４Ａ〜１４Ｊが、画像パネル１６の互いに異なる画像領域１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ，１６Ｇ，１６Ｈ，１６Ｉ，１６Ｊ（図５Ｂ）にそれぞれ
１つずつ対応するように、レンズアレイ１４と画像パネル１６は、互いに離間されてもよい。それぞれ画像領域の大きさは、対応するレンズの１０倍である。たとえばそれぞれレンズの直径が１ｍｍである場合、それぞれ画像領域の直径は、１０ｍｍである。したがって、画像パネル１６がレンズアレイ１４から内方に１０ｍｍ離間され、且つこれらのレンズがシリンドリカルレンズである場合（図２、図３、図４、および図５Ａ）、それぞれ画像領域は、ＬＣＤ画像パネル１６上のそれぞれ独立した画像画素片を１０個含み、それぞれ画素片の高さは、１００μｍである。あるいは、図５Ｃに示すように、これらのレンズが半径方向に対称性を有し、且つ画像パネル１６がレンズアレイ１４から内方に１０ｍｍ離間されている場合、それぞれ画像領域は、ＬＣＤ画像パネル１６上のそれぞれ独立した画像画素片を１００個含み、それぞれ画素片の幅は、１ｍｍである。この場合、それぞれ画素片は、１０個のライン状画素（それぞれライン幅：１００μｍ）を含む。何れの場合においても、１次元インテグラルイメージの撮影技術によって達成可能な解像度に等しい高画像解像度が達成され、観察者Ｖが知覚できる画像奥行きを実際に備えた、高解像度３次元画像が生成される。
【００１９】
図６Ａは、シリンドリカルレンズを使用する表示装置に対応するＭ列×Ｎ行の画素配列を示す。Ｍは、表示装置のｘ方向における画像画素の数である。Ｎは、表示装置のｙ方向における画像画素の数である。シリンドリカルレンズが組込まれた表示装置の場合、１０個のシリンドリカルレンズを含むそれぞれ群は、図５Ｂに示す画像領域１６Ｄと同様に、１０個の画像画素片を含む群に対応する。複数のシリンドリカルレンズ群は、対応する複数の画像画素片がｙ方向に整列して生成されるように、ｙ方向に整列される。これによって、継続的に整列した１０個の画像画素片が得られ、図６Ａに示すように、ｙ方向に合計Ｎ個（つまりＮ行）の画素が設けられる。複数のシリンドリカルレンズ群は、複数の画像画素片がｘ方向に互いに隣接して生成されるように、ｘ方向にも整列される。これによって、図６Ａに示すように、ｘ方向に合計Ｍ個（つまりＭ列）の画素が設けられる。
【００２０】
図６Ｂは、通常の、半径方向に対称性を有するレンズを使用する表示装置に対応するＭ列×Ｎ行の画素配列を示す。ＭとＮは、表示装置のｘ方向とｙ方向における画像画素の数である。半径方向に対称性を有するレンズが組込まれた表示装置の場合、図５Ｄに示す画像領域１６Ｄと同様に、それぞれレンズは、１０行×１０列の画像画素配列（すなわち１００個の画素）に対応する。これらのレンズは、対応する複数（１０行×１０列）の画像画素片がｙ方向に整列して生成されるように、ｙ方向に整列される。これによって、継続的に整列した画像画素配列（１０行×１０列）の群が得られ、図６Ｂに示すように、ｙ方向に合計Ｎ個（つまりＮ行）の画素が設けられる。これらのレンズは、複数（１０行×１０列）の画像画素片がｘ方向に互いに隣接して生成されるように、ｘ方向にも整列される。これによって、図６Ｂに示すように、ｘ方向に合計Ｍ個（つまりＭ列）の画素が設けられる。
【００２１】
シリンドリカルレンズを使用する表示装置には、上記のように、直線上で互いに隣接し合う１０個のＬＣＤ素子群と、１０個のレンズ群とが複数群組込まれてもよい。図８は、直線上に互いに隣接し合う４つの群３０，３２，３４，３６を示す。これらの４つの群はそれぞれ、１０個のＬＣＤ素子１２と、１０個のレンズ１４を含む。また群３０，３２，３４，３６はそれぞれ、画像パネル１６において直線上に互いに隣接し合う画像パネルの部分４０，４２，４４，４６に対して整列されている。図８に示すように、群３０，３２，３４，３６それぞれのＬＣＤ素子のうち対応する１つのＬＣＤ素子同士は、それぞれ群において１つのレンズと１つのＬＣＤ素子に光線が通過可能となるように、同時に選択的に作動される。ＬＣＤ素子とレンズをそれぞれ１０個ずつ含むそれぞれ群において、ＬＣＤ素子は、表示装置の動作時間の１０％が「オン」になり、９０％が「オフ」になるように繰返し連続して切換わる。
【００２２】
一方、半径方向に対称性を有するレンズを使用する表示装置には、ＬＣＤ素子とレンズをそれぞれ１００個ずつ含む群（１０行×１０列の長方形配列）が複数群組込まれてもよい。ＬＣＤ素子とレンズをそれぞれ１００個ずつ含むそれぞれ群において、ＬＣＤ素子は、表示装置の動作時間の１％が「オン」になり、９９％が「オフ」になるように繰返し連続して切換わる。半径方向に対称性を有するレンズを使用する表示装置には、観察者Ｖが、水平方向と垂直方向の両方に広がる広範囲の観察方向（すなわち図１Ａと図１Ｂに示すｘ方向とｙ方向の両方に広がる観察方向）において表示装置１０を観察し、且つ３Ｄ映像効果を知覚するという利点がある。
【００２３】
一方、シリンドリカルレンズを使用する表示装置を観察者Ｖが観察する場合、垂直方向に広がる広範囲の観察方向（すなわち図１Ａに示すｙ方向に広がる観察方向）において、３Ｄ映像効果は知覚されない。しかし、半径方向に対称性を有するレンズを使用する表示装置に比べ、シリンドリカルレンズを使用する表示装置には、シリンドリカルレンズの表示装置の光出力が半径方向に対称性を有するレンズの表示装置の１０倍まで向上され、且つシリンドリカルレンズの表示装置に必要な周波数応答が、半径方向に対称性を有するレンズの表示装置の１０分の１まで低減されるという、大きな利点がある。多くの状況において、観察者Ｖは、垂直方向に広がる広い範囲の観察方向で表示装置１０を観察する必要はない。このような状況では、シリンドリカルレンズを使用する表示装置が、半径方向に対称性を有するレンズを使用する表示装置の実質的な代用とされる。
【００２４】
それぞれシリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｊは、ＬＣＤ画像パネル１６上のそれぞれ独立した１０個の画像画素に対応するため、表示装置１０は、それぞれ独立した１００個の画像を同時に表示することができる。しかし、何も行わなければこれらの画像は、重畳して表示され、許容できないほど画質の低下した画像として視認される。これについては、図５Ａ、図５Ｂ、および図７Ａ〜図７Ｊに示す。図７Ａにおいて、第１期間に、ＬＣＤ素子１２Ａは「オン」であり、ＬＣＤ素子１２Ｂ〜１２Ｊは「オフ」である。レンズ１４Ａは、特定の視角に対応し且つ画像領域１６Ａの画素２６Ａから発生する光線２２Ａを、ＬＣＤ素子１２Ａを介して（左方、すなわち観察者Ｖ向きに）集束させる。同時にレンズ１４Ａは、別の視角に対応し且つ画像領域１６Ａの別の画素２８Ａから発生する光線２４Ａを、ＬＣＤ素子１２Ａを介して集束させる。同様にレンズ１４Ａは、ＬＣＤ素子１２Ａを介して１００セットの光線を同時に集束させる。それぞれセットの光線は、画像領域１６Ａを構成する１００個の画素のうちの互いに異なる１画素から発生し、水平方向に角度が広がる互いに異なる１００個の観察方向Ａのうちの１方向に対応する。これらの観察方向Ａは、観察者Ｖが表示装置１０を観察する方向である。図７Ａは、詳細を不明瞭にしないために、１００セットの光線のうちの２セットのみを示す。
【００２５】
図７Ｂにおいて、第１期間に続く第２期間に、ＬＣＤ素子１２Ｂは「オン」であり、残りのＬＣＤ素子１２Ａ，１２Ｃ〜１２Ｊは「オフ」である。したがって、レンズ１４Ｂは、第２期間にアクティブになり、画像領域１６Ｂから発生する１００セットの光線を、ＬＣＤ素子１２Ｂを介して（左方、すなわち観察者Ｖ向きに）集束させる。それぞれセットの光線は、画像領域１６Ｂを構成する１００個の画素のうちの互いに異なる１画素から発生し、水平方向に角度が広がる互いに異なる１００個の観察方向Ａのうちの１方向に対応する。同様に図７Ｃ〜図７Ｊは、続いて連続する第３期間、第４期間、第５期間、第６期間、第７期間、第８期間、第９期間、および第１０期間において、それぞれ画像領域１６Ｃ〜１６Ｊから発生する１００セットの光線を、ＬＣＤ素子１２Ｃ〜１２Ｊを介して（観察者Ｖ向きに）集束させるレンズ１４Ｃ〜１４Ｊを示す。これらのＬＣＤ素子は「オン」と「オフ」の切換を連続的な順序で行う必要はなく、「オン」と「オフ」の切換は、十分に定義された非連続順序であってもよい。切換順序はランダムであってもよく、たとえばある群の１０個のＬＣＤ素子がすべて「オン」と「オフ」にランダムな順序で切換わった後、同じ１０個のＬＣＤ素子が同じランダムな順序で「オン」と「オフ」に再び切換わる
ことによって、この切換パターンが繰返されてもよい。より簡単に認識でき、且つ潜在的に錯乱性のある連続的な順序の切換パターンに比べ、このようなランダムな順序の切換は、観察者Ｖの識別能力を低下でき、且つ切換パターンによって錯乱され得る。
【００２６】
レンズ１４Ａ〜１４Ｊのうちの１つが、画像領域１６Ａ〜１６Ｊのうちの１つから発生する光線の１セットを、ＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊのうちの１つを介して集束させると仮定する。この場合、レンズのうちの別の１つが、画像領域のうちの別の１つから発生する光線の別のセットを、ＬＣＤ素子のうちの別の１つを介して集束させると、集束した光線のうちの２セットが重畳し得る（これは図５Ｂに示すように、画像領域が重畳するためである）。その結果、観察者Ｖには、許容できないほど画質の低下した画像として視認される。
【００２７】
このような重畳を回避するために、任意の１期間において、レンズ１４Ａ〜１４Ｊのうちの１つのみに対応するものが観察者Ｖに視認されるように、アパーチャマスク１２は、制御可能に作動される。具体的には、図４、図５Ａ、および図５Ｂに示すように、任意の１期間において、ＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊのうちの１つのみが透明の「オン」状態になり、且つ前記期間において他の９個のＬＣＤ素子が不透明の「オフ」状態になるように、アパーチャマスク１２は作動される。
【００２８】
たとえば図４と図５Ａにおいて、（当業者に周知の方法で）ＬＣＤ素子１２Ｄは、「オン」になるように作動されている。したがって、ＬＣＤ素子１２Ｄは透明であり、画像領域１６Ｄを構成する１００個の画素から発生する光線は、ＬＣＤ素子１２Ｄを介してレンズ１４Ｄによって同時に集束される。図４と図５Ａに示す他の９個のＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊは、これらの９個のＬＣＤ素子が「オフ」（図５Ａにおいてハッチングで示す）になるように作動される。したがって、これら９個のＬＣＤ素子は不透明であり、これら９個のＬＣＤ素子の何れにも光線は通過しない。このためレンズ１４Ｄは、画像領域１６Ｄを構成する１００個の画素から発生する光線を、ＬＣＤ素子１２Ｄを介して観察者Ｖ向きに集束できるが、レンズ１４Ａ〜１４Ｊの何れも、ＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊを介して光線を集束できない。
【００２９】
それぞれＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊのうちの１個が「オン」になり、他の９個のＬＣＤ素子は「オフ」になるように、切換は素早く繰返し連続して行われる。「オン」のＬＣＤ素子に対応する画像領域を構成する１００個の画素のうちの１つから発生する光線は、「オン」のＬＣＤ素子を介して、「オン」のＬＣＤ素子に対応するレンズによって同時に集束される。一方、「オフ」のＬＣＤ素子に対応する画像領域を構成する画素から発生する光線は、ブロックされる。それぞれ画素から発生する光線は、互いに異なる画像に対応し、水平方向に角度が広がる互いに異なる１００個の観察方向Ａのうちの１方向にも対応する。これらの観察方向Ａは、観察者Ｖが表示装置１０を観察する方向である。
【００３０】
アパーチャマスク１２は、ＬＣＤ素子１２Ａ〜１２Ｊを、「オン」状態と「オフ」状態とに高周波で切換えるように、選択的に作動可能であればよい。このため、アパーチャマスク１２は、単色（すなわち白黒）特性を備えていればよい。観察者Ｖが表示装置１０の観察面から外方１ｍに位置する場合、表示装置１０の観察面近くにあるように表現される対象物については、±０．５ｍｒａｄの視角精度が達成可能である。また無限遠にあるように表現される対象物については、±５ｍｒａｄ未満の視角精度が達成可能である。これによって、高解像度で間近の対象物を同時に表現しつつ、観察者Ｖには、窓から眺めるような画像奥行きを十分感じさせることができる。それぞれ１０個のＬＣＤ素子を含む複数の群において、ＬＣＤ素子同士が電気的に相互接続されている場合、コントローラ１９は、１期間に表示装置内のＬＣＤ素子の総数の１０％の素子を「オン」に切換えるように作動してもよい。それぞれ群のＬＣＤ素子が１０個を越える場合、コントローラ１９は、１
期間に表示装置内のＬＣＤ素子の総数の１０％未満の素子を「オン」に切換えてもよい。これによって消費電力は低減されるが、表示輝度も低下する。それぞれ群のＬＣＤ素子が１０個未満である場合、コントローラ１９は、１期間に表示装置内のＬＣＤ素子の総数の１０％を越える素子を「オン」に切換えなければならない。これによって表示輝度は向上するが、消費電力も増加する。
【００３１】
アパーチャマスク１２と画像パネル１６が両方ともＬＣＤシートであり、且つ両シートにおいて８ビット制御が可能である場合、（すなわちそれぞれＬＣＤ素子の切換えが２状態ではなく８状態で可能な場合））、１６ビットの画像奥行きが達成される。表示装置の効率は、局所化された複数のストリップ状光源（たとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ））から成るバックライト１８を形成することによって向上される。このようなストリップ状光源は、アパーチャマスク１２を構成するＬＣＤ素子に対して、一層効率よく光学的に連結可能である。具体的には、それぞれストリップ状光源は、ＬＣＤ素子それぞれに対応する「オン」と「オフ」の切換に同期して、「オン」と「オフ」に選択切換可能である。これによって、透明な「オン」状態のＬＣＤ素子のみの発光が行え、不透明な「オフ」状態のＬＣＤ素子の不必要な発光が回避される。
【００３２】
水平方向に角度が広がる１００個の互いに異なる観察方向から実際の３次元シーンをデジタル処理で撮影することによって、表示装置１０で視認される３次元画像を生成することができる。それぞれデジタル撮影写真は、データ構造を含む。画像パネル１６がそれぞれ１００画素から成る複数の画像領域を含む場合、それぞれデータ構造は、それぞれ１００画素から成る複数のサブ構造に分割される。それぞれサブ構造は、画像パネル１６の互いに異なる画像領域（それぞれ１００画素を含む）に対応する。
【００３３】
上記のとおりコントローラ１９は、アパーチャマスク１２の電気光学スイッチのうち選択したサブセットが「オン」になり、残りのスイッチが「オフ」になるように切換を行う。この切換は、「オン」スイッチに対して整列されたレンズが、画像パネル１６の重畳しない部分から発生する光線を、「オン」スイッチを介して集束させるように行われる。この結果得られる３Ｄ映像効果については、表示される実際の３次元シーンが、画像パネル１６ではなく、アパーチャマスク１２とレンズアレイ１４の内方に置かれると想像することによって理解される。アパーチャマスク１２のＬＣＤ素子の特定の一群が「オン」（すなわち開口状態）になると、観察者Ｖには、１つのシーンが知覚される。一方、ＬＣＤ素子の別の一群が「オン」になると、観察者Ｖには、僅かに互いに異なるシーンが知覚される。これは、ＬＣＤ素子の前記２群それぞれに対応する視角が僅かに異なり、光が３次元シーンからそれぞれ群を経由して観察者Ｖまで、僅かに異なる角度で広がるためである。これらの僅かな違いによって、観察者Ｖには、シーンの奥行きが知覚される。
【００３４】
複数の態様と実施形態について記載してきたが、これらの修正、置換、追加、および補助的な組合せが可能であることを当業者には理解されたい。たとえばシリンドリカルレンズを使用する表示装置の場合、上記のようにＬＣＤ素子とレンズを１０個ずつ含む群を複数群配列する代わりに、１１個以上ずつまたは、１０個未満ずつ含む複数群を配列してもよい。しかし、群のサイズが大きくなると、それぞれＬＣＤ素子が「オン」状態のとき表示装置から発光する光量は低下し、表示輝度の低下を招いてしまう。またそれぞれ群のすべてのＬＤＣ素子の「オン」と「オフ」の連続的な切換を対応するフレームレートで行うために、表示装置の周波数応答も増加する。群のサイズが小さくなると、表示解像度が低下して好ましくない。群のサイズは、８個〜１２個など他のサイズであってもよいが、合理的に妥協できるサイズは、１０個である。
【００３５】
別の例として、コントローラ１９の複雑性を抑えるべく、互いに異なる群において対応するＬＣＤ素子同士は、互いに平行して電子制御可能であってもよい。たとえば表示装置
が合計１０００個のＬＣＤ素子を備える場合、これらのＬＣＤ素子は、それぞれ群が１０個のＬＣＤ素子を含む、互いに異なる１００個の群として配列されてもよい。それぞれ群の第１ＬＣＤ素子は、第１スイッチで制御可能であり、第１期間において、１００個の第１ＬＣＤ素子すべてが第１スイッチで同時に「オン」に切換わり、続く第２期間において同時に「オフ」に切換わる。またそれぞれ群の第２ＬＣＤ素子は、第２スイッチで制御可能であり、第２期間において、１００個の第２ＬＣＤ素子すべてが第２スイッチで同時に「オン」に切換わり、続く第３期間において同時に「オフ」に切換わる。
【００３６】
図９Ａは、レンチキュラメニスカスレンズ（たとえばレンズアレイ１４）を構成する１つの小型レンズの望ましいサイズと形状を示す。角度θを図９Ｂに示すものとした場合、入射角θ＝０°〜２５°において図９Ａに示す小型レンズに入射する光線の光路を決定するのに、光線追跡シミュレーション（Ｒａｙ  ｔｒａｃｉｎｇ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ）を用いてもよい。図９Ａに示す小型レンズは、焦点位置における変動を０．１ｍｍ未満として、このような入射光を１０ｍｍ離れた焦点面に集束させることができる。図９Ｃ、図９Ｄ、および図９Ｅは、互いに異なる入射角を有する光線の光路を示す。低角の場合、図９Ｃと図９Ｄに示すようにすべての光線は、１つの小型レンズを通過する。広角の場合、図９Ｅに示すように幾つかの光線は、小型レンズの側面によって遮断される。図３に示すレンズアレイ１４などのアレイを形成するために複数の小型レンズが互いに隣接して配置される場合、１つの小型レンズに入射する光線は、隣接する小型レンズを通過し得る。この場合に画質は低下するが、互いに隣接する小型レンズ同士の間の領域の少なくとも一部に光吸収ストリップを設けることによって、画質の低下を防ぐことができる。たとえば上記のようにレンズ間において光線通過させないように、互いに隣接するレンズ同士の間に光吸収バリア１７Ａ〜１７Ｊを設けてもよい。これによって、視角が光軸から大きくズレて表示輝度は低下するが、画質は維持される。
【００３７】
添付の特許請求の範囲と以下に記載する請求項は、本発明の精神と範囲内において可能な修正、置換、追加、および補助的な組合せを含むと解釈されるものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【国際調査報告】
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