(57)【要約】【課題】本発明は、小型で画質劣化を防止する立体表示装置用集光レンズを提供する。【解決手段】集光レンズ３０は、インテグラルフォトグラフィ方式で立体像を表示する立体像表示装置に用いられるものであって、投影装置から要素画像群の光が入射する入射面３１と、入射面３１に入射した要素画像群の光をレンズ群に出射する出射面３２とを備え、入射面３１は、要素レンズ４２の配列間隔に応じて分割された分割領域３３ごとに、分割領域３３が集光レンズ３０の光軸から離れるほどに傾斜したレンズ面が形成され、全ての分割領域３３は、入射面３１から出射面３２までの最大厚みｔ’が同一となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の要素画像からなる要素画像群を投影して前記要素画像群の像を形成する投影装置と、所定の配列パターンで要素レンズが配列されたレンズ群とを備え、インテグラルフォトグラフィ方式で立体像を表示する立体像表示装置に用いられる立体像表示装置用集光レンズであって、
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記投影装置から前記要素画像群の光が入射する入射面と、当該入射面に入射した前記要素画像群の光を前記レンズ群に出射する出射面とを備え、
前記入射面は、前記要素レンズの配列間隔に応じて分割された分割領域ごとに、当該分割領域が前記立体像表示装置用集光レンズの光軸から離れるほどに傾斜したレンズ面が形成され、
全ての前記分割領域は、前記入射面から前記出射面までの最大厚みが同一であることを特徴とする立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項２】
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記要素レンズが２次元方向に配列された前記レンズ群に前記要素画像群の光を出射し、
前記入射面は、一片の長さが前記要素レンズの配列間隔と同一になる矩形状の分割領域に分割されたことを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項３】
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記要素レンズが同心円状に配列された前記レンズ群に前記要素画像群の光を出射し、
前記入射面は、前記光軸を中心として、前記要素レンズの配列間隔の奇数倍になる直径を有する同心円状の分割領域に分割されたことを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項４】
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記出射面として、前記レンズ群のレンズ面が形成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項５】
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記要素レンズが２次元方向に配列された前記レンズ群に前記要素画像群の光を出射し、
前記入射面は、一片の長さが前記要素レンズの配列間隔より長い矩形状の分割領域に分割されたことを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項６】
複数の要素画像からなる要素画像群を投影して前記要素画像群の像を形成する投影装置と、２次元方向に要素レンズが配列されたレンズ群とを備え、インテグラル方式で立体像を表示する立体像表示装置に用いられる立体像表示装置用集光レンズであって、
前記立体像表示装置用集光レンズは、前記要素レンズの配列間隔と同一のレンズピッチを有する２枚のリニアフレネルレンズを前記２次元方向で直交させて密接させたリニアフレネルレンズの対であることを特徴とする立体像表示装置用集光レンズ。
【請求項７】
インテグラルフォトグラフィ方式で立体像を表示する立体像表示装置において、
複数の要素画像からなる要素画像群を投影して前記要素画像群の像を形成する投影装置と、
請求項１又は請求項６に記載の立体像表示装置用集光レンズと、
所定の配列パターンで要素レンズが配列されたレンズ群と、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項８】
前記レンズ群と前記立体像表示装置用集光レンズとの間に、前記レンズ群と同一の第２レンズ群が配置されたことを特徴とする請求項７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、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ：Integral Photography）方式の立体像表示装置に関し、特に、立体像表示装置に用いる集光レンズに関する。
【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ー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等のフラットパネル型の表示部と、レンチキュラースクリーン、パララックスバリア、ピンホール若しくはレンズ板（レンズアレイ）と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種の視差像を表示する２眼方式だけでなく、３眼以上の多眼方式とすることも可能である
【０００３】
そして、従来、レンズ板を用いる方式（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て、任意の視点から見られる立体映像方式の一つであるＩＰ方式として知られている。
【０００４】
以下、図１８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１８（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）１、１、・・・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とから構成される。そして、撮影装置１００は、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１、１、・・・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。
【０００５】
次に、図１８（ｂ）に示すように、表示装置１１０は、撮影装置１００のレンズ群１０１と同一構成のレンズ群１１１（レンズ１’、１’、・・・）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とから構成される。そして、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）から見たものとなる。一方、立体再生像Ｓ’の奥行き（凹凸）は、撮影時に観察者Ｏの側（前側）から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。
なお、これを解決する技術として、撮影装置１００に用いるレンズ群１０１に特殊な性質を持つものを用いる方法、撮影した要素画像Ｉ、Ｉ、・・・を画像処理的に操作する方法が一般的に知られているが、ここでは詳述しない。
【０００６】
ここで、要素画像Ｉ’、Ｉ’、・・・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液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を、図１８（ｂ）の表示部１１２の位置に設置する。
【０００７】
また、ＬＣＤや、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のような直視型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）を用いるのではなく、スクリーン（不図示）に要素画像群を投影し、投影した側の背面側にレンズ群（不図示）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は立体再生像Ｓ’を観察することができる。
【０００８】
ここで用いられるスクリーンは、観察者Ｏの側から画面全体の観察が可能なように拡散特性が与えられる。この拡散特性を供する拡散板（不図示）には、すりガラス状の特性を有する半透明板が用いられる。
【０００９】
図１９を参照して、要素画像とレンズと視域との関係について、説明する。
図１９に示すように、ＩＰ方式の表示装置１１０では、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、距離Ｖにいる観察者Ｏがそのレンズｌｍを通して、要素画像Ｇｍの一部を観察する。ここで、要素画像Ｇｍとレンズｌｍとは、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。このため、ＩＰ方式では、図１９に示すように、視域が一定の大きさに限定され、その外側では偽の視域（図１９の視域内と同様な立体再生像が観察されるが幾何学的に正しくない）が形成される。この外側領域（偽の視域）に寄与する光は、無駄になるだけでなく、偽の像を形成するため、抑制することが好ましい。
なお、距離Ｖは、レンズｌｍから視域までの光軸方向の距離であり、視域は中抜き矢印で図示した。
【００１０】
そこで、この偽の視域の問題を解決すべく、必要となる唯一の視域のみを形成する発明が開示されている（特許文献１参照）。以下、図２０を参照して、特許文献１に記載された表示装置について、説明する。
【００１１】
図２０に示すように、表示装置１２０は、プロジェクタ等の投影装置１２１と、凸レンズ１２４と、要素レンズ１２６をアレイ状に配列したレンズ群１２５とを備える。
投影装置１２１は、表示手段１２２と、投影レンズ１２３とを備える。この投影装置１２１は、要素画像群を凸レンズ１２４の位置で結像するように投影する。そして、投影レンズ１２３は、主光線（映像の形成に寄与する光線のうち、投影レンズ１２３の中心を通過する光線）を、光軸に平行な光線として出射する。
【００１２】
なお、投影装置１２１の投影距離ａは、凸レンズ１２４の焦点距離ｆＣに等しくなる。また、要素画像群の形成位置と要素レンズ１２６との距離ｂは、ＩＰの基本構成を示す図１８，図１９と同様、要素レンズ１２６の焦点距離ｆＡと等しくなる。
また、図２０では、凸レンズ１２４の内部に形成される要素画像の像を「■」で図示した。
【００１３】
ここで、凸レンズ１２４は、表示画面全体を覆う大きさが必要になる。この場合、凸レンズ１２４は、その中央部で厚みが増大するため、レンズ群１２５の位置関係と球面収差による像面のゆがみとの点から、問題が生じる。さらに、大口径化すると、凸レンズ１２４は、体積、重量が著しく増加する。このような凸レンズ１２４の問題に対応するため、フレネルレンズ（不図示）が広く用いられている。このフレネルレンズは、凸レンズ１２４と同じ屈折特性を、凸レンズ１２４より薄い厚さで実現するものである。
【００１４】
図２１を参照して、従来のフレネルレンズについて、説明する。
図２１（ａ）に示すように、フレネルレンズ１２７の元となる凸レンズ１２４は、球面（レンズ面）と平面とで構成された平凸レンズである。ここで、図２１（ｂ）に示すように、球面の頂上部からの厚みを考えて、その厚みが一定値ｔを越えるごとに一定値ｔを引き算し、その残差により構成したレンズが、フレネルレンズ１２７となる。
【００１５】
従って、図２１（ｃ）に示すように、フレネルレンズ１２７は、除去する厚みが同一の領域が同心円状となり、同心円領域の径がレンズ中心で最も大きく、外縁側ほど小さくなる。言い換えるなら、フレネルレンズ１２７は、レンズ中心よりも外縁側程、同心円領域の境界（領域境界）１２８の間隔が小さくなる。このように、フレネルレンズ１２７は、同一の傾斜角を持つ領域を同心円状に形成するため、レンズ部分の厚みが一定値ｔに収まり、凸レンズ１２４より薄くすることができる
【００１６】
現状、このフレネルレンズ１２７は、工業的に生産され、例えば、灯台の照明光源、オーバーヘッドプロジェクタ、２次元映像の背面投影型スクリーン等に広く利用されている。
なお、フレネルレンズ１２７の強度を保つため、レンズ部分以外にも厚みが必要となるが、図２１（ｂ）では、この厚みの図示を省略した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−２０６６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来のフレネルレンズ１２７は、ＩＰ方式の立体表示に適用すると、領域境界１２８が画質劣化を引き起こすという問題がある。具体的には、図２０に示すように、凸レンズ１２４の代わりにフレネルレンズを配置すると、その内部に要素画像が形成される。図１８（ｂ）の表示装置１１０において検討すると、この要素画像Ｉ’、Ｉ’、・・・がレンズ１’、１’ ・・・により拡大投影された要素画像群が立体再生像Ｓ’として観察される。この場合、領域境界１２８（図２１）で生じる不連続性は、そのまま要素画像Ｉ’、Ｉ’、・・・内での映像の不連続性となり、画質劣化を引き起こす。
【００１９】
図２２を参照して、この画質劣化の原因について説明する。
フレネルレンズ１２７では、このフレネルレンズ１２７が構成する平面内に要素画像群が投影・表示される。しかし、図２２に示すように、フレネルレンズ１２７では、要素画像の領域内（要素レンズ１２６）に領域境界１２８が入り込む。この領域境界の問題は、要素レンズ１２６が等間隔で配置されるのに対して、同心円領域がフレネルレンズ１２７の外縁側ほど密になるため、発生する。そして、要素画像の領域内に領域境界１２８が入り込むと、明るさの著しい低下、モアレ妨害、並びに、領域境界１２８の周辺で生じる迷光、乱反射による不要光の発生及びコントラスト低下等、画質劣化の原因となる。
【００２０】
また、フレネルレンズ１２７については、図２１に示すように、レンズ部分の厚みを一定値ｔに収めたいという強い要望がある。その一方、フレネルレンズ１２７は、その元となる凸レンズ１２４が球面であるため、外縁側程、レンズの傾斜が急になる。これら条件を考慮すると、フレネルレンズ１２７では、レンズ中心よりも外縁側程、領域境界１２８の間隔を小さくする必要があり、領域境界の問題を解決することが困難である。
【００２１】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、小型で画質劣化を防止できる立体表示装置用集光レンズ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】
【００２２】
前記した課題に鑑みて、本願第１発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、複数の要素画像からなる要素画像群を投影して要素画像群の像を形成する投影装置と、所定の配列パターンで要素レンズが配列されたレンズ群とを備え、インテグラルフォトグラフィ方式で立体像を表示する立体像表示装置に用いられる立体像表示装置用集光レンズであって、立体像表示装置用集光レンズが、投影装置から要素画像群の光が入射する入射面と、入射面に入射した要素画像群の光をレンズ群に出射する出射面とを備えることを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、入射面において、要素レンズの配列間隔に応じて分割された分割領域ごとに、分割領域が立体像表示装置用集光レンズの光軸から離れるほどに傾斜したレンズ面が形成される。これによって、立体像表示装置用集光レンズは、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。
【００２４】
また、立体像表示装置用集光レンズは、全ての分割領域において、入射面から出射面までの最大厚みが同一である。これによって、立体像表示装置用集光レンズは、従来の凸レンズに比べて、薄くすることができる。
【００２５】
また、本願第２発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、要素レンズが２次元方向に配列されたレンズ群に要素画像群の光を出射し、入射面が、一片の長さが要素レンズの配列間隔と同一になる矩形状の分割領域に分割されたことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、光軸方向から見て、１個の要素レンズが収まる矩形状の分割領域ごとに、レンズ面が形成される。そして、立体像表示装置用集光レンズは、各分割領域に入射した光を、平行光として、各分割領域に対応する要素レンズにそれぞれ出射する。従って、立体像表示装置用集光レンズは、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。
【００２７】
また、本願第３発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、要素レンズが同心円状に配列されたレンズ群に前記要素画像群の光を出射し、入射面が、光軸を中心として、要素レンズの配列間隔の奇数倍になる直径を有する同心円状の分割領域に分割されたことを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、光軸方向から見て、１個又は２個以上の要素レンズが収まる同心円状の分割領域ごとに、レンズ面が形成される。そして、立体像表示装置用集光レンズは、各分割領域に入射した光を、平行光として、各分割領域に対応する要素レンズにそれぞれ出射する。従って、立体像表示装置用集光レンズは、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。
【００２９】
また、本願第４発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、出射面として、レンズ群のレンズ面が形成されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、レンズ群と一体化することができる。
【００３０】
また、本願第５発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、要素レンズが２次元方向に配列されたレンズ群に前記要素画像群の光を出射し、入射面が、一片の長さが要素レンズの配列間隔より長い矩形状の分割領域に分割されたことを特徴とする。
【００３１】
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、光軸方向から見て、各要素レンズに対応した矩形状の分割領域ごとに、レンズ面が形成される。例えば、立体像表示装置用集光レンズは、投影装置までの距離が立体像表示装置用集光レンズの焦点距離より長くなるように配置する。この場合、立体像表示装置用集光レンズは、各分割領域に入射した光を、光軸方向に収束させながら、各分割領域に対応する要素レンズにそれぞれ出射する。従って、立体像表示装置用集光レンズは、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。
【００３２】
また、前記した課題に鑑みて、本願第６発明に係る立体像表示装置用集光レンズは、複数の要素画像からなる要素画像群を投影して要素画像群の像を形成する投影装置と、２次元方向に要素レンズが配列されたレンズ群とを備え、インテグラル方式で立体像を表示する立体像表示装置に用いられる立体像表示装置用集光レンズであって、要素レンズの配列間隔と同一のレンズピッチを有する２枚のリニアフレネルレンズを２次元方向で直交させて密接させたリニアフレネルレンズの対であることを特徴とする。
【００３３】
かかる構成によれば、立体像表示装置用集光レンズは、光軸方向から見ると、２枚の直交したリニアフレネルレンズにより、矩形領域が複数形成される。ここで、矩形領域は、リニアフレネルレンズのレンズピッチが要素レンズの配列間隔と同一のため、１個の要素レンズが収まる大きさとなる。すなわち、この矩形領域は、２次元方向で同一位置になる分割領域のレンズ面と、同等の屈折特性を有することになる。これによって、立体像表示装置用集光レンズは、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。
さらに、立体像表示装置用集光レンズは、リニアフレネルレンズ２枚分の厚さのため、従来の凸レンズに比べて、薄くすることができる。
【００３４】
また、前記した課題に鑑みて、本願第７発明に係る立体像表示装置は、インテグラルフォトグラフィ方式で立体像を表示する立体像表示装置において、複数の要素画像からなる要素画像群を投影して要素画像群の像を形成する投影装置と、本願第１発明又は本願第６発明に係る立体像表示装置用集光レンズと、所定の配列パターンで要素レンズが配列されたレンズ群と、を備えることを特徴とする。
【００３５】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、本願第１，６発明と同様、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがないと共に、従来の凸レンズに比べて、中央部の厚みを薄くすることができる。
【００３６】
また、本願第８発明に係る立体像表示装置は、レンズ群と立体像表示装置用集光レンズとの間に、レンズ群と同一の第２レンズ群が配置されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、立体像表示装置は、第２レンズ群の要素レンズの内部に形成された要素画像の光を、これに対応するレンズ群の要素レンズに全て出射する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，６，７発明によれば、従来の凸レンズに比べて薄くできると共に、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがない。このため、本願第１，６，７発明によれば、小型で画質劣化を防止できる立体表示装置用集光レンズ及び立体表示装置を提供することができる。
【００３８】
本願第２発明によれば、要素レンズが２次元方向に配列された立体像表示装置において、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことなく、画質劣化を防止することができる。
本願第３発明によれば、要素レンズが同心円状に配列された立体像表示装置において、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがなく、画質劣化を防止することができる。
本願第４発明によれば、立体像表示装置用集光レンズとレンズ群とを一体化できるため、立体像表示装置をより小型にすることができる。
【００３９】
本願第５発明によれば、要素レンズが２次元方向に配列された立体像表示装置において、要素画像の領域内に分割領域の境界が入り込むことがなく、画質劣化を防止することができる。さらに、本願第５発明によれば、要素画像の光が収束しながら要素レンズに入射するため、視域を拡大することができる。
【００４０】
本願第８発明によれば、第２レンズ群の要素レンズの内部に形成された要素画像の光が、これに対応するレンズ群の要素レンズに全て出射するため、光量を確保できると共に、偽の視域の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の集光レンズを説明する図であり、（ａ）は従来の凸レンズの断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のα−α断面図であり、（ｃ）は集光レンズを光軸方向で入射面側から見た上面図である。
【図３】図１の集光レンズの光軸を通過する位置における、水平方向及び垂直方向それぞれの断面図である。
【図４】図１の集光レンズの入射面の部分拡大図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、レンズ面の厚みを求める方法を説明する図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図２の分割領域にレンズ面を形成する方法を説明する図である。
【図７】本発明の変形例１に係る集光レンズを説明する図であり、（ａ）は従来の凸レンズの断面図であり、（ｂ）は（ｄ）のα−α断面図であり、（ｃ）は（ｄ）のβ−β断面図であり、（ｄ）は集光レンズを光軸方向で入射面側から見た上面図である。
【図８】本発明の変形例２に係る立体像表示装置の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る立体像表示装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図８の集光レンズを光軸方向で入射面側から見た上面図である。
【図１１】図８の集光レンズの光軸を通過する位置における、水平方向及び垂直方向それぞれの断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る集光レンズを説明する図であり、（ａ）は従来の凸レンズの断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のα−α断面図であり、（ｃ）は集光レンズを光軸方向で入射面側から見た上面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る集光レンズの光軸を通過する位置における、水平方向及び垂直方向それぞれの断面図である。
【図１４】本発明の変形例３に係る集光レンズの光軸を通過する位置における、水平方向及び垂直方向それぞれの断面図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る集光レンズを説明する第１図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る集光レンズを説明する第２図である。
【図１７】図１６の集光レンズを光軸方向で入射面側から見た上面図である。
【図１８】従来のＩＰ方式を説明する図であり、（ａ）は従来のＩＰ方式の撮影装置の構成を示す図であり、（ｂ）は従来のＩＰ方式の表示装置の構成を示す図である。
【図１９】従来のＩＰ方式の表示装置において、要素画像とレンズと視域との関係を説明する図である。
【図２０】従来のＩＰ方式の表示装置の構成を示す模式図である。
【図２１】従来のフレネルレンズを説明する図であり、（ａ）は凸レンズの断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のα−α断面図であり、（ｃ）はフレネルレンズの上面図である。
【図２２】従来のフレネルレンズを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。
【００４３】
（第１実施形態）
［立体像表示装置］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、立体像表示装置１０は、ＩＰ方式で立体像を表示するものであって、投影装置２０と、集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０と、レンズ群４０とを備える。
なお、この立体像表示装置１０は、図２０に図示した凸レンズ１２４を、本発明に係る集光レンズ３０に置き換えたものである。
【００４４】
投影装置２０は、例えば、要素画像群を投影して要素画像群の像を形成するプロジェクタであり、表示手段２１と、投影レンズ２３とを備える。
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。
投影レンズ２３は、例えば、表示手段２１から入射した要素画像群の光を、集光レンズ３０に投影する凸レンズである。
【００４５】
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、後記する要素レンズ４２に対応する複数の要素画像で構成される。ここで、要素画像群は、例えば、従来のＩＰ方式の撮影装置（図１８（ａ））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。さらに、要素画像群は、投影装置２０が背面投影を行うために、反転処理が施されてもよい。
【００４６】
集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０は、投影装置２０から、広がりながら入射する要素画像群の光を平行光にするものである。ここで、集光レンズ３０は、この集光レンズ３０と投影レンズ２３との光軸に一致し、かつ、投影装置２０（投影レンズ２３）の投影距離ａが集光レンズ３０の焦点距離ｆＣに一致するように配置される。
【００４７】
レンズ群４０は、所定の配列パターンで要素レンズ４２が配列されたレンズアレイである。また、レンズ群４０は、凸レンズである要素レンズ４２が、同一の配列間隔で配列されたものである。このとき、レンズ群４０は、要素レンズ４２が正方格子状の配列パターンで規則正しく配列されている。さらに、レンズ群４０は、集光レンズ３０からレンズ群４０までの距離ｂが要素レンズ４２の焦点距離ｆＡに一致する。
なお、要素レンズ４２の配列間隔とは、ある要素レンズ４２の中心と、その要素レンズ４２に隣接する別の要素レンズ４２の中心との距離である。
【００４８】
以下、立体像表示装置１０での立体像の表示について説明する。
まず、表示手段２１は、要素画像群が入力されると共に、この要素画像群を表示する。また、表示手段２１で表示された要素画像群の光は、投影レンズ２３の主点に入射する。ここで、投射レンズ２３の主点を通過する主光線に着目すると、投影レンズ２３の主点から投影された要素画像群の光は、集光レンズ３０に入射して、集光レンズ３０によって平行光（集光レンズ３０の光軸に平行な光）に変換される。
【００４９】
この場合、集光レンズ３０の内部に要素画像の像がそれぞれ形成され、この要素画像の像を示す光は、各要素画像に対応する要素レンズ４２にそれぞれ入射する。その後、各要素レンズ４２からは、要素画像の光が、この要素レンズ４２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されて、一定の角度の視域を形成する。従って、この視域内において、立体像表示装置１０は、観察者に対して、正しい立体像を表示することができる。
【００５０】
なお、図１では、図面を見やすくするために、６個の要素レンズ４２のみを図示し残りを省略したが、レンズ群４０が要素レンズ４２をこれ以上備えてもよい。
また、図１では、集光レンズ３０を長方形で図示したが、実際の構造とは異なることは言うまでもない。
また、図１では、集光レンズ３０の内部に形成される要素画像の像を「■」で図示した。
これらの点、以後の図面も同様である。
【００５１】
［集光レンズ］
図２〜図４を参照して、集光レンズ３０について、説明する（適宜図１参照）。
ここでは、ＩＰ方式において画質劣化を防止すると共に、図２（ａ）の凸レンズ１２４と同等の屈折特性を、より薄い集光レンズ３０で実現する。すなわち、集光レンズ３０は、光学的に凸レンズ１２４に等価なレンズである。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、集光レンズ３０は、投影装置２０から要素画像群の光が入射する入射面３１を備える。また、集光レンズ３０は、入射面３１に入射した要素画像群の光をレンズ群４０に出射する出射面３２を備える。この出射面３２は、入射面３１に対向する平面である。
【００５３】
入射面３１は、図２（ｃ）に示すように、要素レンズ４２の配列間隔ｑに応じて、複数の分割領域３３に分割される。ここで、分割領域３３は、一片の長さが配列間隔ｑと同一になる矩形状（正方形状）の領域である。つまり、分割領域３３は、縦横にｑ×ｑの長さとなり、光軸方向から見て、１個の要素レンズ４２が収まる大きさになる。
なお、図２（ｃ）では、図面を見やすくするために、一部の分割領域３３の符号を図示し、残りを省略した。この点、以後の図面も同様である。
【００５４】
また、入射面３１は、分割領域３３ごとにレンズ面が形成される。この場合、各分割領域３３に形成されるレンズ面は、図２（ｂ）に示すように、この分割領域３３が集光レンズ３０の光軸から離れるほどに傾斜する。従って、分割領域３３は、集光レンズ３０の光軸から遠く外縁側になるほど、この分割領域３３内での厚み変化が大きくなる。
【００５５】
各分割領域３３の厚み変化の最大値に、集光レンズ３０の強度を保つために必要な一定の厚みを加えた厚みをｔ‘とする。この場合、図２（ａ）の凸レンズ１２４において、その球面を分割領域３３と同一の領域に分割し、凸レンズ１２４の各領域内において、最大厚みがｔ’で一致するように薄くすると、集光レンズ３０を形成することができる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、全ての分割領域３３は、入射面３１から出射面３２までの最大厚みｔ’が同一となる。
【００５６】
この最大厚みとは、各分割領域３３において、入射面３１から出射面３２までの厚さの最大値である。つまり、最大厚みは、各分割領域３３において、入射面３１の頂点から出射面３２までの厚さとなる。
【００５７】
また、図３に示すように、集光レンズ３０は、この集光レンズ３０の光軸を通過する水平方向及び垂直方向の断面が、同一の形状となる。すなわち、各分割領域３３に形成されるレンズ面の傾斜は、集光レンズ３０の２次元的な位置に応じて、水平及び垂直の両方向の成分からなる曲率を有する。例えば、要素レンズ４２に重複する円形状の範囲にレンズ面を形成した場合（図６（ａ）参照）、入射面３１は、図４に示すような形状となる。この場合、各分割領域３３に形成されるレンズ面は、集光レンズ３０の光軸（図４の一点鎖線）を向くことになる。また、各分割領域３３に形成されるレンズ面は、集光レンズ３０の光軸に近いほど傾斜が緩やかで、集光レンズ３０の光軸から離れるほど傾斜が急になる。
【００５８】
なお、図２（ｃ）では、分割領域と、要素レンズ４２との位置関係を示すために、集光レンズ３０とレンズ群４０とを重ねて図示した。
また、図２（ｃ）では、図面を見やすくするために、集光レンズ３０から要素画像の光が入射する要素レンズ４２のみを図示すると共に、隙間を空けて要素レンズ４２を図示した。
また、図３では、レンズ群４０のハッチングを省略した。
また、図４では、各分割領域３３に形成されるレンズ面をドットで塗りつぶした。
また、図４では、各分割領域３３に形成されるレンズ面全体（入射面３１）のうち約１／４を図示し、残りの部分は同様な構造のために図示を省略した。
また、図４では、矢印の方向が各分割領域３３に形成されるレンズ面の傾斜の向きを示し、矢印の長さが各分割領域３３に形成されるレンズ面の傾斜の緩急を示す。
【００５９】
＜レンズ面の形成方法：第１例＞
図５，図６を参照して、各分割領域３３にレンズ面を形成する２つの方法について、説明する（適宜図２参照）。
【００６０】
まず、レンズ面として、図２（ａ）の凸レンズ１２４と同様、正確な球面を形成する方法を説明する。図５（ａ）に示すように、ｚ＞０となる部分（ドットの部分）が、集光レンズ３０に相当する凸レンズ１２４であると考える。この図５において、レンズ面（球面）の水平、垂直及び厚み（光軸）方向の座標をそれぞれｘ，ｙ、ｚとし、半径をＲとする。この場合、集光レンズ３０のレンズ面（球面）は、下記の式（１）で表すことができる。
ｘ２＋ｙ２＋（ｚ−ｚ０）２＝Ｒ２  ・・・式（１）
【００６１】
そして、各分割領域３３において、要素レンズ４２に重複する範囲（ｘ’，ｙ’）での最大値がｚｄｍａｘとなるように、座標ｚ０を各分割領域３３に対応する要素レンズ４２ごとに調整する（但し、ｚｄｍａｘ＝最大厚みｔ’）。すなわち、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、座標ｚ０の変化によって、凸レンズ１２４から切り出す領域（例えば、図５の黒塗領域）ごとの厚みを調整する。従って、各分割領域３３は、図６（ａ）に示すように上面側から見ると、要素レンズ４２に重複する円形状の範囲（ｘ’，ｙ’）に、レンズ面としての球面が形成される。この第１例では、集光レンズ３０は、凸レンズ１２４と同等の屈折特性を実現することができる。
なお、図６では、分割領域３３において、レンズ面が形成される箇所をドットで塗りつぶした。
【００６２】
＜レンズ面の形成方法：第２例＞
次に、レンズ面として、凸レンズ１２４の球面に最も近い単一平面を形成する方法を説明する。
つまり、各分割領域３３は、その中央において、凸レンズ１２４の球面に対する接平面がレンズ面として形成される。ここで、各分割領域３３に対応する要素レンズ４２において、水平、垂直及び厚み（光軸）方向の中心座標をそれぞれｘ１，ｙ１，ｚ１とする。この場合、集光レンズ３０のレンズ面（接平面）は、下記の式（２）で表すことができる。
ｘ・ｘ１+ｙ・ｙ１+ｚ・ｚ１＝Ｒ２  ・・・式（２）
【００６３】
そして、各分割領域３３において、要素レンズ４２に重複する範囲（ｘ’，ｙ’）での最大値がｚｄｍａｘとなるように、座標ｚ０を各分割領域３３に対応する要素レンズ４２ごとに調整する。すなわち、各分割領域３３は、図６（ａ）に示すように上面側から見ると、要素レンズ４２に重複する円形状の範囲（ｘ’，ｙ’）に、レンズ面としての接平面が形成される。
【００６４】
この第２例では、集光レンズ３０は、レンズ面を簡易に形成することができ、製造コストを低減することができる。特に、第２例の方法では、球面の曲率が小さい場合、接平面が球面に極めて近似することになり、凸レンズ１２４と同等の屈折特性を実現できることになり、好ましい。
【００６５】
前記した第１例及び第２例において、要素レンズ４２に重複する円形状の範囲にだけレンズ面を形成することとしたが、本発明は、これに限定されない。例えば、図６（ｂ）に示すように、分割領域３３は、その全範囲にレンズ面が形成されてもよい。この場合、集光レンズ３０は、レンズ面の形状がより単純になり、製造コストをより低減することができる。
【００６６】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、集光レンズ３０を従来の凸レンズ１２４より薄くでき、集光レンズ３０を小型にすることができる。また、立体像表示装置１０は、図２（ｃ）及び図３に示すように、分割領域３３に要素画像の領域（１個の要素レンズ４２）が収まるために、要素画像の領域内に分割領域３３の境界が入り込むことがなく、画質劣化を防止することができる。
【００６７】
なお、集光レンズ３０は、従来のフレネルレンズと同様に製造することができる。例えば、集光レンズ３０の光学材料としては、ガラス、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、高密度ポリエチレンをあげることができる。また、集光レンズ３０は、金型を用いた成型加工によって製造することができる。この詳細は、例えば、参考文献「リアプロジェクションにおける投射光学系の設計および光学部材の高機能化（第１節  フレネルレンズおよびその金型の超精密加工）、p.73-94、技術情報協会（2006）、ＩＳＢＮ４−86104-111-2  Ｃ3058」に記載されている。
【００６８】
なお、本実施形態では、分割領域３３が正方形状であることとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、要素レンズ４２の配列間隔ｑが縦横で異なる場合、各分割領域３３は、この配列間隔ｑに対応させて長方形状としてもよい。
【００６９】
なお、本実施形態では、要素レンズ４２が正方格子状に配列されることとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、要素レンズ４２は、デルタ配列で配列してもよい。
【００７０】
なお、本実施形態では、集光レンズ３０は、レンズ面（入射面３１）を投射レンズ２３の側、平坦面（出射面３２）をレンズ群４０の側としたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明は、この両面の配置を逆にした場合でも同様の効果が得られる。
【００７１】
（変形例１）
図７を参照して、変形例１として、デルタ配列に対応した集光レンズ３０について、第１実施形態と異なる点を説明する。
要素レンズ４２は、図７（ｄ）に示すように、各行で水平方向に１／２ずつオフセットされた点が大きく異なる。このため、集光レンズ３０は、この配列パターンに対応するように、入射面３１を分割領域３３に分割する。つまり、図７（ｂ），図７（ｃ）に示すように、ある行の分割領域３３は、これに隣接する行の分割領域３３に対して、１／２オフセットする。
【００７２】
従って、集光レンズ３０は、第１実施形態と同様、デルタ配列の要素レンズ４２に合わせて、各分割領域３３のレンズ面の曲率をそのままとして、各分割領域３３の最大厚みがｔ’となるように、薄くすることができる。
以上のように、本発明の変形例１に係る集光レンズ３０は、正方格子状以外の配列パターンにも適用することができる。
【００７３】
（変形例２）
図８を参照して、変形例２に係る立体像表示装置１０について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図８に示すように、立体像表示装置１０は、第２レンズ群４０Ａをさらに備える点が大きく異なる。
【００７４】
集光レンズ３０は、この集光レンズ３０の焦点距離ｆＣに投影レンズ２３が位置するように配置される。
レンズ群４０は、第２レンズ群４０Ａからレンズ群４０までの距離が要素レンズ４２の焦点距離ｆＡに一致するように配置される。
【００７５】
第２レンズ群４０Ａは、レンズ群４０と同一であり、レンズ群４０と集光レンズ３０との間に配置されるものである。つまり、第２レンズ群４０Ａは、要素レンズ４２と同じ大きさ、かつ、同数の要素レンズ４２Ａを備える。また、第２レンズ群４０Ａは、要素レンズ４２，４２Ａの配列パターンが同一である。さらに、第２レンズ群４０Ａは、要素レンズ４２，４２Ａの光軸が一致するように、投影装置２０の投影距離ａに配置される。このため、各要素レンズ４２Ａの内部には、要素画像の像（実像）が形成される。
なお、図８では、要素レンズ４２Ａの内部に形成された要素画像の像（実像）を太線で図示した。
【００７６】
以上のように、本発明の変形例２に係る立体像表示装置１０は、要素レンズ４２Ａの内部に形成された要素画像の光を、この要素レンズ４２Ａに対応する要素レンズ４２に全て出射する。これによって、立体像表示装置１０は、第２レンズ群４０Ａがレンズ群４０に対して、要素画像群の光を効果的に集光できることになり、光量を確保できると共に、偽の視域の発生を抑制することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
［立体像表示装置］
図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体像表示装置１０Ａの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図９に示すように、立体像表示装置１０Ａは、距離Ｖでの視域を拡大するものであり、図１の集光レンズ３０の代わりに、集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ａを備える点が大きく異なる。
【００７８】
集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ａは、投影装置２０から、広がりながら入射する要素画像群の光をレンズ群４０に集光するものである。この集光レンズ３０Ａは、投影装置２０の投影距離ａが投影レンズ２３から集光レンズ３０Ａまでの距離に一致するように配置される。ここで、投影レンズ２３から集光レンズ３０Ａまでの距離は、集光レンズ３０Ａの焦点距離ｆＣより長くなる。
【００７９】
また、集光レンズ３０Ａは、集光レンズ３０からレンズ群４０までの距離ｂが要素レンズ４２の焦点距離ｆＡに一致するように配置される。そして、集光レンズ３０Ａにおいて、入射面３１は、一片の長さｐが要素レンズ４２の配列間隔ｑよりも長い矩形状（正方形状）の分割領域３３Ａに分割される（図１１参照）。つまり、分割領域３３Ａは、縦横にｐ×ｐの長さとなる。
【００８０】
以下、立体像表示装置１０Ａでの立体像の表示について説明する。
まず、表示手段２１は、要素画像群が入力されると共に、この要素画像群を表示する。また、表示手段２１で表示された要素画像群の光は、投影レンズ２３の主点に入射する。ここで、投射レンズ２３の主点を通過する主光線に着目すると、投影レンズ２３の主点から投影された要素画像群の光は、集光レンズ３０Ａに入射する。
【００８１】
ここで、集光レンズ３０Ａの内部に形成される要素画像群は、要素レンズ４２の配列間隔ｑに対して、（Ｖ＋ｂ）／Ｖ倍に拡大される。すなわち、要素画像の領域の大きさは、配列間隔ｑに対して、前記した倍率で拡大されたものとなる。
【００８２】
そして、立体像表示装置１０Ａでは、集光レンズ３０Ａからの光が、集光レンズ３０Ａの光軸方向に収束しながら、各分割領域３３Ａに対応する要素レンズ４２にそれぞれ出射される。その後、各要素レンズ４２からは、要素画像の光が、この要素レンズ４２における中心からの偏移量に応じた傾きを増大させるように出射されて、広い角度で視域を形成する。これによって、立体像表示装置１０Ａでは、全ての要素レンズ４２の共通領域としての視域を拡大することができる。
【００８３】
［集光レンズ］
図１０，図１１を参照して、集光レンズ３０Ａについて詳細に説明する（適宜図８参照）。
図１０に示すように、分割領域３３Ａは、一片の長さｐが配列間隔ｑよりも長いため、要素レンズ４２よりも大きくなる。このため、集光レンズ３０Ａでは、光軸方向から見て、分割領域３３Ａの境界（領域境界）が要素レンズ４２に重なる場合がある。
【００８４】
また、図１１に示すように、集光レンズ３０Ａは、各分割領域３３Ａに入射した光を、各分割領域３３Ａに対応する要素レンズ４２に出射する。従って、要素レンズ４２に入射する要素画像の光には、分割領域３３Ａの境界が含まれないことになる。
【００８５】
以上のように、本発明の第２実施形態に係る立体像表示装置１０Ａは、一片の長さｐが配列間隔ｑよりも長い場合でも、第１実施形態と同様、集光レンズ３０Ａを小型にすると共に、画質劣化を防止することができる。また、立体像表示装置１０Ａは、要素画像の光が収束しながら要素レンズに入射するため、視域を拡大することができる。
【００８６】
なお、立体像表示装置１０Ａにおいて、偽の視域の発生をある程度制限するため、下記の式（３）の条件を満たすことが好ましい。この式（３）において、ＤＡは要素レンズ４２の直径であり、Ｄｐは投影レンズ２３の直径である。
ＤＡ／ｂ≧Ｄｐ／ａ  ・・・式（３）
【００８７】
なお、本実施形態では、要素レンズ４２が正方格子状に配列されることとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、立体像表示装置１０Ａは、変形例１と同様、デルタ配列の要素レンズ４２にも適用することができる。
【００８８】
（第３実施形態）
図１２を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体像表示装置１０Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する（適宜図１参照）。
立体像表示装置１０Ｂは、図１の集光レンズ３０及びレンズ群４０の代わりに、集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ｂ及びレンズ群４０Ｂを備える点が大きく異なる。
【００８９】
集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ｂは、図１２（ｃ）に示すように、入射面３１が、集光レンズ３０Ｂの光軸を中心３１ａとして、同心円状の分割領域３３Ｂに分割されたものである。ここで、各分割領域３３Ｂは、要素レンズ４２Ｂの配列間隔ｑの奇数倍になる直径を有する。図１２（ｃ）の例では、分割領域３３Ｂは、それぞれ、要素レンズ４２Ｂの配列間隔ｑの１倍、３倍、５倍、７倍、９倍、１１倍、１３倍の直径を有する。
【００９０】
また、図１２（ｂ）に示すように、レンズ群４０Ｂは、集光レンズ３０Ｂの光軸を向くレンズ面が形成される。ここで、各分割領域３３Ｂに形成されるレンズ面は、各分割領域３３Ｂが集光レンズ３０Ｂの光軸から離れるほどに傾斜することになる。従って、分割領域３３Ｂは、集光レンズ３０Ｂの光軸から遠く外縁側になるほど、この分割領域３３Ｂ内での厚み変化が大きくなる。
なお、集光レンズ３０Ｂは、光軸を通過するのであれば、α−α以外の方向でも、図１２（ｂ）と同一の断面になる。
【００９１】
ここで、図１２（ａ）の凸レンズ１２４において、その球面を分割領域３３Ｂと同一の領域に分割し、凸レンズ１２４の各領域内において、最大厚みがｔ’で一致するように薄くすると、集光レンズ３０Ｂを形成することができる。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、全ての分割領域３３Ｂは、入射面３１から出射面３２までの最大厚みｔ’が同一となる。
【００９２】
レンズ群４０Ｂは、要素レンズ４２Ｂが同心円状（同心円状・放射状）の配列パターンで配列されたレンズアレイである。また、レンズ群４０Ｂは、集光レンズ３０Ｂの光軸と一致するように配置される。従って、各分割領域３３Ｂは、光軸方向から見て、１個又は２個以上の要素レンズ４２Ｂが収まることになる。
【００９３】
以下、立体像表示装置１０Ｂでの立体像の表示について説明する。
まず、表示手段２１は、要素画像群が入力されると共に、この要素画像群を表示する。また、表示手段２１で表示された要素画像群の光は、投影レンズ２３の主点に入射する。ここで、投射レンズ２３の主点を通過する主光線に着目すると、投影レンズ２３の主点から投影された要素画像群の光は、集光レンズ３０Ｂに入射して、集光レンズ３０Ｂによって平行光に変換される。
【００９４】
この場合、集光レンズ３０Ｂの内部に要素画像群の像がそれぞれ形成され、この要素画像群の像を示す光は、各要素画像に対応する要素レンズ４２Ｂにそれぞれ入射する。その後、各要素レンズ４２Ｂからは、要素画像の光が、この要素レンズ４２Ｂ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されて、一定の角度の視域を形成する。従って、この視域内において、立体像表示装置１０Ｂは、観察者に対して、正しい立体像を表示することができる。
【００９５】
以上のように、本発明の第３実施形態に係る立体像表示装置１０Ｂは、第１実施形態と同様、集光レンズ３０Ｂを小型にすることができる。また、立体像表示装置１０Ｂは、図１２（ｃ）に示すように、分割領域３３Ｂに要素画像の領域（１個又は２個以上の要素レンズ４２Ｂ）が収まるために、要素画像の領域内に分割領域３３Ｂの境界が入り込むことがなく、画質劣化を防止することができる。
【００９６】
また、立体像表示装置１０Ｂは、同心円状に入射面３１Ｂを分割するため、分割領域３３Ｂの数を少なくできる。さらに、立体像表示装置１０Ｂは、分割領域３３Ｂが同心円状のため、回転手段（例えば、回転テーブル）及び切削手段（例えば、ダイヤモンドバイト）によって容易に製造できる。具体的には、切削手段の位置を固定して、集光レンズ３０Ｂの金型材料を回転させながら切削することで、集光レンズ３０Ｂの金型を加工できる。このため、レンズ面を１箇所切削するごとに切削手段を２次元方向に移動させる必要がなく、金型加工を容易に行うことができる。従って、立体像表示装置１０Ｂは、集光レンズ３０Ｂの製造コストも低減することができる。
【００９７】
なお、図１２では、図面を見やすくするために、隙間を空けて要素レンズ４２Ｂを図示したが、本発明は、隙間を空けなくともよい。例えば、立体像表示装置１０Ｂは、各分割領域３３Ｂの円周を要素レンズ４２Ｂの整数倍とすることで、隙間を空けずに要素レンズ４２Ｂを配列することができ、画質が向上する。
【００９８】
（第４実施形態）
図１３を参照して、本発明の第４実施形態に係る立体像表示装置１０Ｃの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する（適宜図１〜図３参照）。
立体像表示装置１０Ｃは、図１の集光レンズ３０とレンズ群４０とを一体化したことが大きく異なる（以後、「集光レンズ３０Ｃ」と呼ぶ）。
【００９９】
集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ｃは、図１３に示すように、出射面３２Ｃとして、レンズ群４０のレンズ面が形成されたものである。つまり、出射面３２Ｃは、要素レンズ４２の半分に相当する平凸レンズ３４が、正方格子状に配列された形状となる。
【０１００】
また、集光レンズ３０Ｃは、図３と同様の入射面３１が形成される。この入射面３１は、図２（ｃ）と同様、分割領域３３に分割され、分割領域３３ごとにレンズ面３５が形成される。すなわち、集光レンズ３０Ｃは、レンズ面３５と、これに対応する平凸レンズ３４との光軸が一致する。
【０１０１】
なお、入射面３１から出射面３２Ｃまでの距離ｂ’は、集光レンズ３０Ｃの光学距離を考慮した長さとする。つまり、距離ｂ’は、図１の距離ｂに集光レンズ３０Ｃの光学材料の屈折率を乗じたものとなる。
この距離ｂ’は、投影装置２０による投影像を形成する投影距離（投影装置２０から平凸レンズ３４までの距離）と、集光レンズ３０Ｃの焦点距離（投影装置２０からレンズ面３５までの距離）の差に相当する。
【０１０２】
以下、立体像表示装置１０Ｃでの立体像の表示について説明する（図１参照）。
まず、表示手段２１は、要素画像群が入力されると共に、この要素画像群を表示する。また、表示手段２１で表示された要素画像群の光は、投影レンズ２３の主点に入射する。ここで、投射レンズ２３の主点を通過する主光線に着目すると、投影レンズ２３の主点から投影された要素画像群の光は、入射面３１に入射して、各レンズ面３５によって平行光に変換される。
【０１０３】
この場合、集光レンズ３０Ｃの内部に要素画像の像がそれぞれ形成され、この要素画像の像を示す光は、各レンズ面３５に対応する平凸レンズ３４にそれぞれ到達する。その後、各平凸レンズ３４からは、要素画像の光が、この平凸レンズ３４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されて、一定の角度の視域を形成する。従って、この視域内において、立体像表示装置１０Ｃは、観察者に対して、正しい立体像を表示することができる。
【０１０４】
以上のように、本発明の第４実施形態に係る立体像表示装置１０Ｃは、図１の集光レンズ３０とレンズ群４０とを一体化できるため、立体像表示装置１０Ｃを小型にすると共に、立体像表示装置１０Ｃの製造コストを低減することができる。さらに、立体像表示装置１０Ｃは、レンズ面３５と平凸レンズ３４との位置合わせを集光レンズ３０Ｃの製造時に行うことができる。
【０１０５】
（変形例３）
なお、本実施形態では、図１の集光レンズ３０とレンズ群４０とを一体化する例を説明したが、図１２の集光レンズ３０Ｂとレンズ群４０とを一体化することもできる。
図１４を参照して、変形例３として、これらを一体化した集光レンズ３０Ｃを備える立体像表示装置１０Ｃについて、説明する。
【０１０６】
図１４に示すように、集光レンズ３０Ｃは、出射面３２Ｃとして、レンズ群４０Ｂのレンズ面が形成されたものである。つまり、出射面３２Ｃは、平凸レンズ３４が同心円状（同心円状・放射状）に配列された形状となる。
【０１０７】
また、集光レンズ３０Ｃは、図１２（ｂ）と同様の入射面３１が形成される。この入射面３１は、同心円状の分割領域３３に分割され、分割領域３３ごとにレンズ面３５が形成される。
【０１０８】
なお、入射面３１から出射面３２Ｃまでの距離ｂ’’は、集光レンズ３０Ｃの光学距離を考慮した長さとする。つまり、距離ｂ’’は、図１の距離ｂに集光レンズ３０Ｃの光学材料の屈折率を乗じたものとなる。
この距離ｂ’’は、投影装置２０による投影像を形成する投影距離（投影装置２０から平凸レンズ３４までの距離）と、集光レンズ３０Ｃの焦点距離（投影装置２０からレンズ面３５までの距離）の差に相当する。
【０１０９】
以上のように、本発明の変形例３に係る立体像表示装置１０Ｃは、第４実施形態と同様、立体像表示装置１０Ｃを小型にすると共に、集光レンズ３０Ｃの製造コストを低減することができる。
【０１１０】
（第５実施形態）
図１５〜図１７を参照して、本発明の第５実施形態に係る立体像表示装置１０Ｄの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する（適宜図１参照）。
立体像表示装置１０Ｄは、図１の集光レンズ３０の代わりに、集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ｄを備える点が大きく異なる。
なお、本実施形態では、レンズ群４０は、要素レンズ４２が縦横に同数、同一の配列間隔で正方格子状に配列されていることとする。
【０１１１】
集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）３０Ｄは、２枚のリニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂを２次元方向で直交させて密接させたリニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂの対である。このリニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、それぞれ、１次元方向の屈折特性を有するものである。
【０１１２】
図１５に示すように、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、それぞれ、要素レンズ４２の配列間隔ｑと同一のレンズピッチを有する入射面５１ａ，５１ｂを備える。ここでは、入射面５１ａ，５１ｂは、要素レンズ４２の配列間隔ｑと同一幅の微細溝５５ａ，５５ｂが１次元方向に形成される。すなわち、レンズピッチとは、入射面５１ａ，５１ｂに形成された微細溝５５ａ，５５ｂの幅である。
また、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、それぞれ、入射面５１ａ，５１ｂに対向する平面状の出射面５３ａ，５３ｂを備える。
【０１１３】
そして、図１６に示すように、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、２次元方向（垂直方向及び水平方向）で直交するように密接させる。例えば、リニアフレネルレンズ５０ａは、微細溝５５ａが垂直となるように配置されたとする。この場合、リニアフレネルレンズ５０ｂは、微細溝５５ｂが水平となるように、入射面５１ｂを出射面５３ａに密着させる。さらに、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、光軸を一致させる。
【０１１４】
なお、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂを密着させる方法は、特に制限されず、例えば、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂを接着してもよい。この他、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、矩形状の枠（不図示）で固定してもよい。
このリニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、例えば、前記した参考文献に記載されているため、詳細な説明を省略する。
【０１１５】
なお、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、レンズ面（入射面５１ａ，５１ｂ）を投射レンズ２３の側、平坦面（出射面５３ａ，５３ｂ）をレンズ群４０の側としたが、これに限定されない。すなわち、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂは、この両面の配置を逆にしてもよい。
【０１１６】
図１７に示すように、集光レンズ３０Ｄは、光軸方向で見ると、２次元方向で直交した微細溝５５ａ，５５ｂにより矩形領域５７が形成される。この場合、矩形領域５７は、縦横にｑ×ｑの長さとなり、１個の要素レンズ４２が収まる大きさになる。すなわち、各矩形領域５７は、２次元方向で同一位置の分割領域３３と、同等の屈折特性を有するレンズとみなすことができる。
【０１１７】
なお、図１７では、図面を見やすくするために、一部の矩形領域５７のみ符号を図示し、残りを省略した。
また、図１７では、リニアフレネルレンズ５０ａの裏側に位置するリニアフレネルレンズ５０ｂについて、その微細溝５５ｂを破線で図示した。
【０１１８】
以下、図１を参照して、立体像表示装置１０Ｄでの立体像の表示について説明する。
まず、表示手段２１は、要素画像群が入力されると共に、この要素画像群を表示する。また、表示手段２１で表示された要素画像群の光は、投影レンズ２３の主点に入射する。ここで、投射レンズ２３の主点を通過する主光線に着目すると、投影レンズ２３の主点から投影された要素画像群の光は、集光レンズ３０Ｄ（入射面５１ａ）に入射する。
【０１１９】
この場合、集光レンズ３０Ｄにおいて、リニアフレネルレンズ５０ａは、要素画像群の光のうちの水平成分を平行光に変換して、リニアフレネルレンズ５０ｂの入射面５１ｂに出射する。そして、集光レンズ３０Ｄにおいて、リニアフレネルレンズ５０ｂは、入射した要素画像群の光のうち、垂直成分を平行光に変換して、対応する要素レンズ４２にそれぞれ出射する。
【０１２０】
その後、各要素レンズ４２からは、各要素画像の光が、この要素レンズ４２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されて、一定の角度の視域を形成する。従って、この視域内において、立体像表示装置１０Ｄは、観察者に対して、正しい立体像を表示することができる。
【０１２１】
以上のように、本発明の第５実施形態に係る立体像表示装置１０Ｄは、図１６に示すように、リニアフレネルレンズ５０ａ，５０ｂ２枚分の厚さなので、従来の凸レンズより薄くでき、集光レンズ３０Ｄを小型にすることができる。また、立体像表示装置１０Ｄは、図１７に示すように、矩形領域５７に要素画像の領域（１個の要素レンズ４２）が収まるために、要素画像の領域内に矩形領域５７の境界が入り込むことがなく、画質劣化を防止することができる。
【０１２２】
また、集光レンズ３０Ｄは、図１の集光レンズ３０と比較して、入射面５１ａ，５１ｂの形状が単純なため、製造コストをより低減することができる。一方、図１の集光レンズ３０は、集光レンズ３０Ｄと比較して、単一のレンズで構成できるので、より小型でより屈折特性に優れることになる。
【０１２３】
なお、各実施形態では、要素レンズ４２が配列されたレンズ群４０を例に説明したが、本発明は、これに限定されない。ＩＰの原理に基づけば、例えば、ピンホールを配列しても同様な効果が得られるため、レンズ群４０は、ピンホールを配列したピンホールアレイに置き換えることができる。
【０１２４】
なお、各実施形態では、要素レンズ４２が２次元方向に配列されることとしたが、本発明は、例えば、１次元方向でも実現可能である。すなわち、本発明は、レンズ群４０の代わりに、水平方向に屈折特性を有するレンチキュラーレンズを用いると共に、垂直方向への拡散手段を用いて実現可能である。この場合、本発明に係る集光レンズは、前記したリニアフレネルレンズに類似した構造となることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１２５】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  立体像表示装置
２０  投影装置
２１  表示手段
２３  投影レンズ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  集光レンズ（立体像表示装置用集光レンズ）
３１  入射面
３１ａ  中心
３２  出射面
３３，３３Ａ  分割領域
３４  平凸レンズ
３５  レンズ面
４０，３０Ｂ  レンズ群
４０Ａ  第２レンズ群
４２，４２Ａ  要素レンズ
５０ａ，５０リニアフレネルレンズ
５１ａ，５１ｂ  入射面
５３ａ，５３ｂ  出射面
５５ａ，５５ｂ  微細溝
５７  矩形領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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