JP2006106608A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】黒縞模様を低減すること、さらに、黒縞模様とクロストークの発生をコントロールでき、良好なる運動視差の観察ができる画像表示装置を得ること。
【解決手段】鉛直方向（又は水平方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は鉛直方向）に複数配置して構成されている画像表示手段と、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素の画素像各々の前記観察面上における輝度分布の水平断面（又は鉛直断面）が略矩形であり、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される第１列中の複数の画素像のピッチと、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される、前記第１列とは異なる第２列中の複数の画素像のピッチが前記第１列中の複数の画素像のピッチとが等しくＨｅであるとき、前記同じ画素行内の第１画素と第２画素の画素像の中心間の水平方向（又は鉛直方向）におけるずれ量αが、０＜α＜Ｈｅであること。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、例えば多方向から連続的に撮影した画像（視差画像）を夫々観察可能な空間領域に分離して提示することにより、運動視差や立体画像を観察する際に好適なものである。

従来より、運動視差や立体画像を表現するのに好適な画像表示装置が知られている（特許文献１，２）。

図１６は、公知のパララックス・パノラマグラム方式の多視点から撮影した視差画像を用いた画像表示装置の要部概略図である。

図１７は、図１６の運動視差を表現する為の合成画像２００の作成方法を示す説明図である。図１８は図１６の水平断面図（Ｘ−Ｙ断面図）である。

まず図１７を用いて合成画像２００の作成方法について説明する。図１７に示すように４つの視差画像（視点画像）Ｓ１〜Ｓ４を各々垂直方向に長い微小画像としてのストライプ画像に分割する。

そして４つの視差画像Ｓ１〜Ｓ４からストライプ画像１−１，２−１，３−１，４−１，１−２，２−２，３−２，４−２，１−３，２−３，３−３，４−３のうちから順に１つずつストライプ画像を抽出し、各ストライプ画像を１つずつ水平方向に順に並べて合成画像２００を得ている。

以下、各図及び各図の説明では簡単の為に各視差画像Ｓ１〜Ｓ４のストライプ画像１−１，２−１，３−１，４−１を単にストライプ画像（画像）１，２，３，４として示している。

図１６の画像表示装置では、画像表示装置１００から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに４個の異なる画像（視差画像）Ｓ１〜Ｓ４を水平方向に分離して表示することが可能となっている。

図１６において画像表示装置１００は、合成画像２００を表示するフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤ）１０１とレンチキュラーレンズ（以下、レンチ）１０２から構成されている。

ＦＰＤ１０１は、ＣＲＴや液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどから成り、そこに表示される合成画像２００の水平方向に配列した複数の画像１〜４の画素ピッチはＨｄである。

ＦＰＤ１０１には、図１７に示すような４個の異なる位置から撮影した視差画像Ｓ１〜Ｓ４を縦長の短冊状に分解して複数の画像１〜４を得て、それらの画像１〜４を所定の順番で並べて合成した縦ストライプ合成画像２００を表示している。

レンチ１０２は、ＦＰＤ１０１の表示面側に設けられ、図１６のように垂直方向に長いシリンドリカルレンズ１０２ａを距離ＨＬの等間隔で水平方向に複数個並べた構成よりなっている。

図１８は図１６の画像表示装置１００の水平断面図である。ＦＰＤ１０１の記号Ａで示した画像１を表示する発光領域となる画像領域からの光は、レンチ１０２によって画像表示装置１００から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳの領域（Ｘ１）Ａ’に向かう光となる。

画像２〜４からの光も同様で領域Ｘ２〜Ｘ４に向かう光となる。そして距離Ｌの観察位置ＯＳには、ＦＰＤ１０１に表示した縦ストライプ合成画像２００が、水平方向に４個の領域Ｘ１〜Ｘ４に分離して観察者Ｏに提示される。

このような画像表示装置１００は、観察者Ｏの水平方向の視点（観察位置）の移動に応じて観察される画像が変化するので、連続的な運動視差を持った自然な立体画像を観察することができる。

一方、ＦＰＤ１０１の記号Ｂは画像１と画像２との間の画像表示に関わりのないブラックストライプ（非画像領域）である。

ブラックストライプＢも画像１〜４と同様に、距離Ｌの観察位置ＯＳにおける領域Ｂ’に分離して観察者Ｏに提示される。

図１９は図１８の距離Ｌの観察位置ＯＳにおける視差画像Ｓ１〜Ｓ４の観察される像Ｉ１〜Ｉ４の輝度分布である。図１９に示すように、ＦＰＤ１０１の観察像Ｉ１〜Ｉ４は領域Ａ’で高輝度、領域Ｂ’で低輝度となる矩形波の分布となって観察される。特許文献１では以上の構成により運動視差を観察している。

一方、特許文献１のカラー３次元映像表示装置では、千鳥または傾斜配列したレンチを用いることにより、視覚上解像度を向上する構成が提案されている。

又、特許文献２の自動立体ディスプレー装置では行列状合成画像（ディスプレー画素）と傾斜配列したレンチ（レンチキュラー素子）を用いて、観察される画像の暗部に近傍の光を混入することにより、観察画像に極端な明暗の差を無くし全体として一様な輝度分布の画像として、黒縞模様を低減するものが提案されている。
特開昭５７−２７５４６号公報 特開平９−２３６７７７号公報

従来の画像表示装置において、レンチや千鳥配列したレンチを用いる系では、観察される画像が図１９のような輝度分布を持つため、観察者Ｏの観察位置が水平方向に動いた場合、観察者Ｏには明暗の差により黒縞模様が観察される。このため、水平方向の視点（観察位置）の移動に応じて、連続的な運動視差を持った自然な立体画像を観察するときに、黒縞模様がわずらわしくなってくる。

特許文献１に開示されているカラー３次元映像表示装置や特許文献２に開示されている自動立体ディスプレイ装置では、黒縞模様は低減されるが、本来分離して提示すべき光が混ざり合うため、クロストークが発生する。

特に特許文献１では、レンチキュラーレンズの母線がディスプレイ上の画素に対して大きく傾いているため、各視差画像の観察領域が重なりあってクロストークが大きくなり不自然な表示となってしまう。

特に、特許文献２では、異なる３枚以上の視差画像の観察領域が相互に重なり、視差画像間のクロストークにより良好な立体観察が困難になる。

クロストークを少なくし黒縞模様を低減するのが理想であるが、黒縞模様とクロストークの発生はトレードオフの関係にあるので、双方を適量にコントロールする必要がある。

しかし、ＬＣＤ等のサブ画素を基準とした傾きのレンチを用いることになるので、トレードオフの関係にある黒縞模様とクロストークの発生をコントロールが難しい。

さらに、特許文献１，２に示した立体画像表示装置では、観察位置において同じ視点の視差画像がレンチキュラーレンズの母線の方向だけ傾いて分布するため、観察者が表示画面の上下方向に移動した場合、不自然な運動視差が観察される。

本発明は、観察領域の間の暗部を目立たなくすると共に、視差画像間のクロストークを抑制し、さらに観察者が表示画面の上下方向に移動した場合において不自然な運動視差が発生しない、良好な立体観察が可能である画像表示装置の提供を目的とすることを課題とする。

本発明の画像表示装置は、鉛直方向（又は水平方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は鉛直方向）に複数配置して構成されている画像表示手段と、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素の画素像各々の前記観察面上における輝度分布の水平断面（又は鉛直断面）が略矩形であり、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される第１列中の複数の画素像のピッチと、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される、前記第１列とは異なる第２列中の複数の画素像のピッチが前記第１列中の複数の画素像のピッチとが等しくＨｅであるとき、前記同じ画素行内の第１画素と第２画素の画素像の中心間の水平方向（又は鉛直方向）におけるずれ量αが、
０＜α＜Ｈｅ
であることを特徴としている。

本発明によれば、黒縞模様を低減すること、さらに、黒縞模様とクロストークの発生をコントロールでき、良好なる運動視差や立体画像の観察ができる画像表示装置が得られる。

まず、本実施例について簡単に述べる。

本実施例の画像表示装置は、観察者に３次元の像を見せることが可能な画像表示装置であって、鉛直方向（又は水平方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は鉛直方向）に複数配置して構成されている画像表示手段と、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素の画素像各々の前記観察面上における輝度分布の水平断面（又は鉛直断面）が略矩形であり、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される第１列中の複数の画素像のピッチと、前記観察面上において水平方向（又は鉛直方向）に並んで投影される、前記第１列とは異なる第２列中の複数の画素像のピッチが前記第１列中の複数の画素像のピッチとが等しくＨｅであるとき、前記同じ画素行内の第１画素と第２画素の画素像の中心間の水平方向（又は鉛直方向）におけるずれ量αが、
０＜α＜Ｈｅ
であることを特徴としている。

ここで、第１視差画像と該第１視差画像とは異なる第２視差画像とを観察者の左右の眼それぞれに導く画像表示装置であって、前記第１画素と前記第２画素は、共に前記第１視差画像を構成する画像を表示する画素である。さらに、前記光学系が、水平方向（又は鉛直方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズアレイを有しており、該シリンドリカルレンズアレイの母線の方向が、前記画素行の配列方向と実質的に平行である。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行（第１、２画素間を仕切る境界線のブラックマトリックス、すなわち事実上画像を表示できない部分の幅をレンズの高さで割ったものが、tan３°以下、より好ましくはtan１°以下であることが望ましい、すなわち境界線と母線とのなす角度が３度以内、好ましくは１度以内）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等ピッチで配列された複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等ピッチで配列された複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズの母線と前記複数の第２微小レンズの母線とが不連続であることを特徴としている。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行（３度以内、好ましくは１度以内）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等しい幅を持つ複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等しい幅を持つ複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズ間の境界と前記複数の第２微小レンズ間の境界とが不連続である。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行（３度以内、好ましくは１度以内）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して屈折力を有する複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイを有しており、該複数の第１微小レンズ各々の母線が不等ピッチになるように（隣接する第１微小レンズの母線の間隔の最大値は最小値の１１０％以上であることが望ましい）配列されている。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行（３度以上、好ましくは５度以上の角度をなす）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等ピッチで配列された複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等ピッチで配列された複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズの母線と前記複数の第２微小レンズの母線とが不連続である。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行（３度以上、好ましくは５度以上の角度をなす）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等しい幅を持つ複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向（又は鉛直方向）に関して略等しい幅を持つ複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズ間の境界と前記複数の第２微小レンズ間の境界とが不連続である。

また、本実施例の別の側面の画像表示装置は、複数の画素を含む画像表示手段と、シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素のうち水平方向（又は鉛直方向）に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行（３度以上、好ましくは５度以上の角度をなす）であり、前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向（又は鉛直方向）に関して屈折力を有する複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイを有しており、該複数の第１微小レンズ各々の母線が不等ピッチになるように（隣接する第１微小レンズの母線の間隔の最大値は最小値の１１０％以上である）配列されている。

ここで、前記複数の画素が、鉛直方向（又は鉛直方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は水平方向）に複数配置して構成されており、前記同じ画素行内の第３画素と第４画素の画素像の中心間の水平方向（又は鉛直方向）におけるずれ量αが、
０＜α＜Ｈｅ
である。

また、本実施例の別側面の画像表示装置は、観察者に３次元の像を見せることが可能な画像表示装置であって、鉛直方向（又は水平方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は鉛直方向）に複数配置して構成されている画像表示手段と、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、前記複数の画素の画素像各々の前記観察面上における輝度分布の水平断面（又は鉛直断面）が略矩形であることを特徴としている。

また、上記のような構成において、前述のシリンドリカルレンズアレイ（単に、レンズアレイ、すなわち水平方向及び鉛直方向の両方に関して屈折力を有するレンズアレイであっても良い）を構成する１つ微小シリンドリカルレンズ（同様に単にレンズとしても良い）は、画像表示手段上の１つ又は複数の画素に対応している、言い換えると１つ又は複数の画素から出射し観察者の左右のいずれかの眼に到達する光束は、必ずある１つの微小シリンドリカルレンズを経て観察者の眼に到達するような構成となっていることが望ましい。しかしながら、水平方向及び鉛直方向のいずれかのうち、前述のシリンドリカルレンズの母線に対して平行に近い方向に関しては、１つの画素（１つの信号により入射光に対する変調状態が変わる一単位）からの光束が複数のシリンドリカルレンズを経て、観察者の眼に到達するような構成としても構わない。

以下に、具体的な実施例について記載するが、以下に記載した実施例は、本発明で考えられる実施形態の一部に過ぎない。

図１は本発明の実施例１の画像表示装置の要部概略図である。図２は図１の一部分の説明図である。本実施例は、画像表示装置１００を構成する視差画像分離手段としてのレンチキュラーレンズアレイ（以下「レンチ」という）１０３から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに４個の異なる視点から得られる視差画像Ｓ１〜Ｓ４を水平方向に分離して表示、即ち観察することが可能となっている。

尚、視差画像の数は４でなく複数であれば、いくつであっても良い。合成画像２００は視差画像Ｓ１〜Ｓ４を図１７で説明したようにして構成した多数の微小画像１〜４の合成として示している。

図１６〜図１８において付した番号と同じ番号を付した部材は同じ機能を有するものである。

図１に示すように、画像表示装置１００は、合成画像２００を表示する画像表示手段としてのＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）１０１とレンズアレイとしてのレンチ（レンチキュラーレンズ）１０３を有している。ＦＰＤ１０１には図１７で説明したような、異なる位置から撮影した複数（４個）の視差画像（多視点画像）Ｓ１〜Ｓ４を各々、複数の微小画像（１−１，１−２，１−３，１−４，２−１，２−２，２−３，２−４，３−１，３−２，３−３，３−４‥‥‥図１では、ＦＰＤ１０１上の左側から順に、１−１、１−２・・・と配列されている）に分割し、分割した複数の微小画像を視差画像Ｓ１〜Ｓ４に対応して所定のピッチで繰り返して配列した縦ストライプ合成画像２００を表示している。ここで、各微小画像１−１、１−２等は、図１上ではＦＰＤを上下に貫く縦に長い画像として記載されているが、その限りではない。例えば、この１−１は、鉛直方向に仕切られた複数の画素（例えば１−１−１、１−１−２、１−１−３・・・）を鉛直方向に積み重ねることにより構成されており、その１つ１つの画素はレンチキュラーレンズ１０３１つ又は複数に対応している。ただし、鉛直方向に関して複数の画素がレンチキュラーレンズに対応するような構成（具体的には、レンチキュラーレンズ１０３aの鉛直方向の高さよりも、画素の鉛直方向の高さの方が高いような構成）としても構わない。

図１に示すようにレンチ１０３は、ＦＰＤ１０１の表示面側に設けられている。レンチ１０３の図１において上から１行目のレンズ群（レンズアレイ）１０３ａは、第１方向である水平方向（Ｘ方向）に作用（屈折）するシリンドリカルレンズ（微小レンズ）を水平方向に複数個，等ピッチで並べたものである。レンチ１０３は、レンズ群１０３ａを単位レンズ群として、複数のレンズ群１０３ａを水平方向に微小距離Δｐ（ｐ＝１，２・・・ｎ−１）ずらして垂直方向（Ｙ方向）にｎ個並べたものである。単位レンズ群１０３ａによる光学作用は、図１８に示したレンチキュラーレンズ１０２と同様である。

レンズ群１０３ａを構成する微小レンズとレンズ群１０３ｂを構成する微小レンズ、そしてレンズ群１０３ｃを構成する微小レンズ等は画素１〜４に対して母線が平行でｘ方向にずれており、かつ外形の境界がｚ方向で不連続となっている。

ＨｄはＦＰＤ１０１の合成画像２００を構成する画像１〜４の画素ピッチ，Ｂはブラックストライプ，Ａは画像を表示する画素である。Ｂ’はブラックストライプＢの観察像（領域），Ａ’は画素Ａの観察像（領域）である。Ｈｅは画像１〜４の観察面（観察位置）ＯＳ上の観察像の画素ピッチである。

ＦＰＤ１０１の水平方向の開口率をｋとすると、画素Ａの水平幅はｋ・Ｈｄ、レンチ１０３から距離Ｌにおける観察面ＯＳ上の領域Ａ’の水平幅はｋ・Ｈｅとなる。

以下の各実施例においては、図２０（Ａ）に示すようにレンチ１０３を構成するレンチキュラーレンズ（微小レンズ）ＲＬの光軸ＲＬａとは、レンチキュラーレンズＲＬが最も屈折力が大きくなる平面（断面）、またその光軸を含み前記平面（紙面に垂直な面）である。

尚、光軸とは、屈折面に入射した光線のうち、実質的に屈折せずに直線的にレンズ等の光学素子を通り抜けることができる光線の光路のことである。

そしてレンチキュラーレンズの光軸とレンチキュラーレンズの光軸との間隔とは図２０（Ｂ）に示すようにレンチキュラーレンズＲＬＡが紙面内において、距離ＤＬずれて（ずれ量ＤＬ）いるときの距離ＤＬをいう。

図２に示すように単位レンズ群１０３ａが水平方向にΔｐずれた時、ＦＰＤ１０１の画素ＡおよびブラックストライプＢは、レンチ１０３から距離Ｌの観察位置ＯＳにおいて、水平方向に距離Δｐ’＝（Ｌ＋Ｌｄ）・Δｐ／Ｌｄだけずれて観察される。

図３は、レンチ１０３の各段の単位レンズ群１０３ａによる観察位置ＯＳでの視点画像Ｓ１〜Ｓ４の像ＳＳ１〜ＳＳ４の輝度分布Ｉ１〜Ｉ４を示すものである。

１行目（ｎ＝１）の単位レンズ群１０３ａを基準として、ｐ＝１では基準の輝度分布に対して、距離Δ１’水平方向にずれた輝度分布となる。

ｐ＝２，３，４についても同様に基準の輝度分布に対して、それぞれ距離Δ２’，Δ３’，Δ４’水平方向にずれた輝度分布となる。

ここでブラックマトリックスＢが観察できる領域がずれたときのずれ量ΔＰ’を規定する範囲の値をαとする（以下、このときのαをずれ量という。）。

ここでずれ量αを、−α＜Δｐ’＜αとし、この範囲で距離Δｐ’は特定の値に偏ることなく一様の確立で分布するものとすれば、図３で説明した輝度分布に関して、Ｘ座標を揃えて全てのレンズ群１０３ａによる輝度を足し合わせると視差画像Ｓ１〜Ｓ４の像ＳＳ１〜ＳＳ４の輝度分布Ｉ１〜Ｉ４は図４のようになる。

図４の輝度分布Ｉ１〜Ｉ４における階段状の分布は、図３に示した視点画像Ｓ１〜Ｓ４の像ＳＳ１〜ＳＳ４の輝度分布Ｉ１の和である。ｎが十分に大きい値であるとすれば、この階段状の分布は実線で示す台形状の分布パターンに近似することができる。

隣接する台形の重なり部は、異なる視点画像Ｓ１〜Ｓ４が混合するクロストークとなる。また、重なり部の輝度は図中破線で示すように、交点の２倍となる。

以上のように、各単位レンズ群１０３ａをΔｐずらすことで、ＦＰＤ１０１上の画素が観察位置ＯＳ上に作る表示領域の輝度分布を台形型の分布とすることで、図１９に示した従来の立体画像表示装置で見られた矩形の輝度分布の場合と比較して、画像の提示されない暗部の幅を減少させることができる。一方、さらに各単位レンズ群１０３ａのずれ量Δｐを大きくして隣接する台形が重なった場合には暗部が解消して一定の輝度を有するようになる一方で、その重なり部は異なる画像が混合するクロストークとなるため、輝度分布間の過剰な重複は望ましくない。

以上から、観察位置上に作る表示領域間の輝度とクロストークを生じる幅はトレードオフの関係にあって、各単位レンズ群１０３ａのずれ量Δｐの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて所望の特性にコントロールすることができる。

また、観察位置において同じ視点の視差画像が表示画面の上下方向に分布するため、観察者が表示画面の上下方向に移動した場合においても不自然な運動視差が発生しない。

図５は、それぞれ各単位レンズ群１０３ａのずれ量Δｐを所定の値にした場合の各観察領域の輝度分布を示す図である。図５においては、ＦＰＤ１０１の水平方向の画素ピッチをＨｄ、水平方向の開口率をｋ（０＜ｋ＜１）、垂直方向の画素ピッチをＶｄとしている。また、これにより各画素の水平幅はｋ・Ｈｄ、水平方向のブラックストライプ（非表示部）の幅は（１−ｋ）・Ｈｄと示される。

図５（１）に示すように、各単位レンズ群１０３ａのずれ量Δｐとした時、観察位置ＯＳにおける輝度分布のずれ量αが（１）式を満たす場合には、ＦＰＤ１０１の各画素を射出した光線がレンチ１０３により観察位置ＯＳに作る輝度分布の位置が、観察位置ＯＳでの非表示領域の幅と同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は台形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が接するため、輝度が完全に無くなる観察位置ＯＳを無くすることができる。また、この場合には水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳していないことからクロストークが観察されない一方で、輝度の低い観察位置ＯＳが発生してしまうこととなる。

α＝（１−ｋ）・Ｈｅ／２ （１）式
これに対し、５（２）に示すように、観察位置ＯＳにおける輝度分布のずれ量αが（２）式を満たす場合には、ＦＰＤ１０１の各画素を射出した光線がレンチ１０３により観察位置ＯＳに作る輝度分布の位置が、観察位置ＯＳでの当該輝度分布の幅と同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は三角形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳してクロストークが生じるが、各観察位置ＯＳでの輝度のばらつきが概ね一様となる。

α＝ｋ・Ｈｅ／２ （２）式
また、図５（３）に示すように、観察位置ＯＳにおける輝度分布のずれ量αが（３）式を満たす場合には、ＦＰＤ１０１の各画素を射出した光線がレンチ１０３により観察位置ＯＳに作る輝度分布の位置が、観察位置ＯＳでの当該輝度分布の１ピッチと同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は台形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳してクロストークが生じるが、各観察位置ＯＳでの輝度が一定となる。

α＝Ｈｅ／２ （３）式
更に、図５（４）に示すように、観察位置ＯＳにおける輝度分布のずれ量αが（４）式を満たす場合には、ＦＰＤ１０１の各画素の作る輝度分布は台形となり水平方向に隣接する画素とのクロストークが生じるが、更にその隣の画素とのクロストークが生じることはない。

α＝（２−ｋ）・Ｈｅ／２ （４）式
以上から、観察位置ＯＳにおける輝度分布のずれ量αは、（１−ｋ）・Ｈｅ／２≦α≦（２−ｋ）・Ｈｅ／２を満たす範囲にあることが望ましい。また、クロストークの発生の程度を抑制するためには、（１−ｋ）・Ｈｅ／２≦α≦Ｈｅ／２を満たす範囲にあることが望ましい。但し、レンチ１０３の形状誤差や散乱作用がある場合には、基本的な輝度分布が図３に示すような矩形とならず台形になるため、使用するレンチ１０３に応じて各単位レンズ群１０３ａのずれ量Δｐを調節することが望ましい。

また、本実施例においては、観察側のブラックマトリックスＢのずれ量Δｐ’は−α＜Δｐ’＜αの範囲で特定の値に偏ることなく、一様の確立で分布するものとしているので輝度分布は台形の分布パターンとなっているが、ずれ量Δｐ’を他の規則に基づいて分布させることにより、輝度分布パターンの形状を工夫することが可能である。

例えば、−α＜Δｐ’＜αの範囲でずれ量Δｐ’は０にピークを持つ正規分布とすることもできる。

以上のように本実施例によれば第１視差画像Ｓ１〜第ｎ視差画像Ｓｎ（実施例ではｎ＝４）各々を複数の第１微小画像、第ｎ微小画像に分割し、前記第１〜第ｎ微小画像に対応する画素を配列したＦＰＤ１０１としての画像表示手段と、
第１方向（Ｘ方向）に屈折力を有するレンズアレイ１０３を含み、第１微小画像からの光と第ｎ微小画像からの光とに互いに異なる指向性を与える（互いに異なる観察領域に導く）レンチ１０３から成る視差画像分離手段とを利用することによって、
レンズアレイ１０３が、第１方向に所定のピッチＨＬで配列された第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、第１方向に所定のピッチで配列された第ｎ微小レンズを含む第ｎレンズアレイとを有しており、
第１微小レンズの光軸と第ｎ微小レンズの光軸とが互いにずれており、該ずれ量に基づく観察面上における視差画像のずれ量をα、画素ピッチをＨｅ、視差画像の数をｎとするとき
０＜α＜Ｈｅ／ｎであるようにしている。

これによって黒縞模様を低減すること、さらに、黒縞模様とクロストークの発生をコントロールでき、良好なる運動視差や立体画像の観察ができる画像表示装置を達成している。

図６は本発明の実施例２の画像表示装置の要部概略図である。図７は図６の一部分の説明図である。本実施例は、画像表示装置１００から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに４個の異なる視差画像Ｓ１〜Ｓ４を水平方向に分離して表示することが可能となっている。図１〜図５において付した番号と同じ番号を付した部材は同じ機能を有するものである。

図６に示すように、画像表示装置１００は、ＦＰＤ１０１とレンチ１０４を有し、ＦＰＤ１０１には図１７で説明したような、縦ストライプ合成画像２００を表示している。

レンチ１０４は、ＦＰＤ１０１の表示面側に設けられ、図のように垂直方向（Ｚ方向）に長いシリンドリカルレンズ（１０４ａ〜１０４ｅ）を複数（ｎ個）水平方向（Ｘ方向）に並べたものである。

この時、隣接するシリンドリカルレンズ間の距離は、図１８で説明したレンチ１０２の距離ＨＬから、微小距離Δｐずらした距離｛ＨＬ＋Δｐ（ｐ＝１，２・・・ｎ−１）｝の不等間隔で並んでいる。

実施例１と同様にＦＰＤ１０１の水平方向の開口率をｋとすると、レンチ１０４のシリンドリカルレンズ１０４ａが微小領域Δｐずれたとき、図２で説明したものと同様の関係が成り立つ。

図７は図６の水平断面図（ＸＹ断面図）である。図７でレンチ１０４は、５種類のシリンドリカルレンズ（以下「レンズ」ともいう。）１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅで構成されているが５種類に限らずいくつあっても良い。

レンズ１０４ａとレンズ１０４ｂのレンズ間距離はＨＬ＋Δ１、レンズ１０４ｂと１０４ｃのレンズ間距離はＨＬ＋Δ２、レンズ１０４ｃと１０４ｄのレンズ間距離はＨＬ＋Δ３、レンズ１０４ｄと１０４ｅのレンズ間距離はＨＬ＋Δ４である。

図７で中央のレンズ１０４ｃを基準に考えると、ＦＰＤ１０１の画像１を表示する画素Ａの中心の光は、レンズ１０４ｃによってレンチ１０４から距離Ｌ離れた位置Ｇ１に、画像２〜４についても同様に、位置Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に形成される。画像２と画像３の間のブラックマトリックスＢは図中の距離Ｌ離れた位置ＯＳの中央部に形成される。

図８は、レンズ１０４ａ〜１０４ｅの各レンズによる観察位置での像の輝度分布を示すものである。レンズ１０４ｃを基準として、レンズ１０４ａでは基準の輝度分布に対してΔ１’＋Δ２’、レンズ１０４ｂではΔ２’、レンズ１０４ｄではΔ３’、レンズ１０４ｅではΔ３’＋Δ４’水平方向にずれた輝度分布となる。

ここで、Σ｜Δｐ’｜＜２αとし、この範囲でΔｐ’は特定の値に偏ることなく一様の確立で分布するものとすれば、図８で説明した輝度分布に関して、Ｘ座標を揃えて輝度を足し合わせると、実施例１と同様に図４のようになる。

以上から、実施例２についても、観察位置上に作る表示領域間の輝度とクロストークを生じる幅はトレードオフの関係にあって、各レンズ１０４のずれ量Δｐの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて所望の特性にコントロールすることができる。

また、観察位置において同じ視点の視差画像が表示画面の上下方向に分布するため、観察者が表示画面の上下方向に移動した場合においても不自然な運動視差が発生しない。

図９は本発明の実施例３の画像表示装置の要部概略図である。図９の画像表示装置１００は画像表示装置から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに４個の異なる視差画像Ｓ１〜Ｓ４を水平方向に分離して表示することが可能となっている。

画像表示装置１００は、ＦＰＤ１０５とレンチ１０６を有している。

ＦＰＤ１０５は、図示の様に画像１〜４を水平および垂直方向に複数個並べて構成されるものであり、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどが代表的なものである。隣接する水平方向の画素ピッチはＨｄである。

ＦＰＤ１０５には、図１０に示すような４個の異なる位置から撮影した（形成した）視差画像Ｓ１〜Ｓ４を縦横に分解して所定の順番で行列状に並べて合成した行列状合成画像２００を表示している。

図１７で説明した縦ストライプ合成画像では、１つの視点で観察される視点画像の解像度が水平方向のみ低下しているのに対し、行列状合成画像では解像度の低下を水平垂直方向に分散している。このため行列状合成画像を用いるものでは、水平方向のみ解像度が低下するものに対して、解像度の低下を目立たなくすることができる。

レンチ１０６は、ＦＰＤ１０５表示面側に設けられ、図９のように水平方向に作用するシリンドリカルレンズを水平方向にｎ個並べたレンズ群を単位レンズ群１０６ａとして、単位レンズ群１０６ａを水平方向に微小距離（シリンドリカルレンズのピッチ）ＨＬ／４＋Δｐ（ｐ＝１，２・・・ｎ−１）ずらして垂直方向にｍ（ｍ＝１，２・・・）個並べたものである。

この時、各段のレンズ群はＦＰＤ１０５の各行に対応している。単位レンズ群１０６ａによる作用は、図１８に示したものと同様である。

図１１は単位レンズ群１０６ａが水平方向にずれ量ΔｐがＨＬ／４だけずれた状態を示している。即ち、ずれ量Δｐが
−ＨＬ／４ ＜ Δｐ ＜ ＨＬ／４
を満足するようにしている。

この時、レンチ１０６から距離Ｌの位置ＯＳでの領域Ａ’と領域Ｂ’は距離ΔＨｅずれる。距離ΔＨｅは次式より求めることができる。

ΔＨｅ：ＨＬ／４＝Ｌ＋Ｌｄ：Ｌｄ
４×Ｈｅ：ＨＬ＝Ｌ＋Ｌｄ：Ｌｄ
以上から、
ΔＨｅ＝Ｈｅ
となる。

図１２は、画像表示装置１００の水平断面図である。単位レンズ群１０６ａが水平方向にずれ量ΔｐがＨＬ／４だけずれた場合の水平方向の作用を説明するものである。

図中、基準とする状態を実線で示し、ＨＬ／４ずれた状態を破線で示す。単位レンズ群１０６ａが図中右方へ距離ＨＬ／４ずれた時、ＦＰＤ１０５の表示も右方へ距離Ｈｄずれる位置関係になっている。この時、ΔＨｅ＝ＨｅとなるのでＦＰＤ１０５の番号１の画素は、実線で示した基準とする状態と同じ位置に観察領域を形成する。

ここで、単位レンズ群１０６ａが水平方向にさらに距離Δｐずれた場合を考える。図１３はこの場合を示すものである。図中、基準とする状態を実線で示し、ＨＬ／４＋Δｐずれた状態を二点差線で示している。図示の様に、レンチ１０６ａから距離Ｌの位置ＯＳでの領域Ａ’と領域Ｂ’は距離Δｐ’ずれる。これは実施例１の図２において説明したのもと同様の関係であり、Δｐ’＝（Ｌ＋Ｌｄ）・Δｐ／Ｌｄとなる。

図１４は、ｎ個の単位レンズ群１０６ａによる観察位置での像の輝度分布である。図８で説明したものと類似したものとなる。

ここで、Σ｜Δｐ’｜＜２αとし、この範囲でΔｐ’は特定の値に偏ることなく一様の確立で分布するものとすれば、図１４の輝度分布に関して、Ｘ座標を揃えて輝度を足し合わせると、実施例１と同様に図４のようになる。

以上から、実施例３についても、観察位置上に作る表示領域間の輝度とクロストークを生じる幅はトレードオフの関係にあって、各単位レンズ群１０６ａのずれ量Δｐの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて所望の特性にコントロールすることができる。

図１５は本発明の実施例４の画像表示装置の要部概略図である。図１５の画像表示装置１００は画像表示装置１００から距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに、４個の異なる視差画像Ｓ１〜Ｓ４を水平方向に分離して表示することが可能となっている。

画像表示装置は、ＦＰＤ１０５とレンチ１０７を有している。

ＦＰＤ１０５は、実施例３と同様に視差画像Ｓ１〜Ｓ４を水平および垂直方向に複数個並べた構成されるものである。

ＦＰＤ１０５には、実施例３と同様に図１０に示すような行列状合成画像を表示している。

本実施例においても、１つの視点で観察される視点画像の解像度を水平垂直方向に分散して低下させるので、解像度の低下を目立たなくすることができる。

レンチ１０７は、ＦＰＤ１０５表示面側に設けられている。

レンチ１０７は、実施例３と同様に、ｎ個のシリンドリカルレンズを水平方向に並べた単位レンズ群１０７−１〜１０７−ｍを、垂直方向にｍ個並べて構成されている。この時、垂直方向に隣接するレンズ群は、水平方向にＨＬ／４ずらして配置され、各段のレンズ群はＦＰＤ１０５の各行に対応している。

ここで、実施例３と同様に、図１１および図１２で説明した関係が成り立ち、垂直方向に隣接するレンズ群１０７−１〜１０７−ｍによるＦＰＤ１０５の領域Ａと領域Ｂの像である領域Ａ’と領域Ｂ’は観察位置において距離ΔＨｅずれる。

また、実施例２で説明したレンチ１０４と同様に、単位レンズ群１０７−１〜１０７−ｍは、水平方向に隣接するシリンドリカルレンズの中心管距離がＨＬ＋Δｐ｛ｐ＝１，２・・・ｍ（ｎ−１）｝の不等間隔で並んでいる。

このため各段のレンズ群１０７−１〜１０７−ｍにおいては、実施例２と同様に図７および図８で説明した関係を満たしている。

ここで、Σ｜Δｐ’｜＜２αとし、この範囲でΔｐ’は特定の値に偏ることなく一様の確立で分布するものとすれば、実施例４における画像表示装置の輝度分布は、実施例１と同様に図４のようになる。

以上から、実施例４についても、観察位置上に作る表示領域間の輝度とクロストークを生じる幅はトレードオフの関係にあって、レンズ群１０７１〜１０７ｍのずれ量Δｐの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて所望の特性にコントロールすることができる。

レンズ群１０７−１を単位レンズ群として、実施例３と同様に、水平方向に微小距離ＨＬ／４＋Δｐ（ｐ＝１，２・・・ｎ−１）ずらして垂直方向に複数個並べてレンチ１０７を構成しても良い。

また、レンチ１０７のようなレンズアレイを単位レンズアレイとして、水平および垂直方向に複数個並べてレンチを構成しても良い。

さらに、実施例１〜４では、レンチを構成するシリンドリカルレンズの位置を変化させるものであるが、レンチとＦＰＤの相対的な位置関係が実施例１〜４と同じになるように、ＦＰＤの画素配列を変化させるようにしても良い。

なお、実施例１〜４では、レンチキュラーレンズを用いているが、パラッラクスバリアを用いることもできる。

図２１は本発明の実施例５に係る立体画像表示装置を示す概略図である。図２１に示すように、立体画像表示装置はディスプレイ３０１とレンチキュラーレンズ（以下、レンチ）３０５から構成される。ディスプレイ３０１は縦横のブラック・ストライプによって区切られた画素を有しており、複数の視差画像を合成して得られる縦ストライプ状の合成視差画像を表示する。尚、ディスプレイ３０１等の外枠の内で上下の枠の部分が水平方向を向いているものとして説明する。

図示のようにレンチ３０５は、ディスプレイ１０１の表示面側に設けられている。レンチ３０５を構成する各シリンドリカルレンズは、横方向には合成視差画像内で各視差画像（１〜４）を表示する一組の画素群に対応した幅を有し、縦方向には各画素の上下幅に対応した高さを有している。各シリンドリカルレンズを介してディスプレイ３０１からの表示光がレンチ３０５から距離Ｌだけ離れた観察位置で各視差画像を水平方向に分離して表示するようにレンチ３０５が配置される。

図２２は、レンチ３０５を構成する単位シリンドリカルレンズとディスプレイ３０１の画素との関係を示す図である。本実施例に係るレンチ３０５を構成する各シリンドリカルレンズは、横方向に隣接する各視差画像を表示する一組の画素群に対して水平方向に作用するものであって、その母線がディスプレイ３０１の垂直方向に長いブラック・ストライプに対して所定の角度θ傾いている。レンチ３０５は当該シリンドリカルレンズを縦方向についてはディスプレイ３０１の垂直方向に長いブラック・ストライプの方向に、水平方向については水平方向に長いブラック・ストライプの方向に二次元的に複数個並べたものである。この結果、レンチ３０５は横方向には各視差画像に対応する一組の画素群に含まれる画素数毎に、縦方向には一画素毎に光学的作用が不連続となるような構成を有している。

本実施例のレンチ３０５の光学的作用について、レンチ３０５を横切る任意の水平断面内（例えば図２２のＣ３断面）における光学的作用は従来例として図１６に示したものと基本的に同様であり、ディスプレイ３０１上の各視差画像に対応する画素から放射された表示光は、図１８に示した輝度分布で観察位置上の所定の領域から観察される。

一方、本実施例においてはレンチ３０５の各シリンドリカルレンズの母線がディスプレイ３０１の垂直方向に長いブラック・ストライプに対して所定の角度θ傾いているため、単位シリンドリカルレンズの縦方向の位置により観察位置上に到達する光線の輝度分布が変化する。

ディスプレイ３０１に対して、レンチ３０５の単位シリンドリカルレンズが水平方向にずれた場合の光路の変化は図２に示すのと同じである。又、レンチ３０５のＣ１〜Ｃ５断面を通過した光線の観察位置における輝度分布は図３に示すのと同じである。

本実施例では単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きを持たせて、ディスプレイ３０１上の画素が観察位置上に作る表示領域の輝度分布を台形型の分布とすることで、図１６に示した従来の立体画像表示装置で見られた矩形の輝度分布の場合と比較して、画像の提示されない暗部の幅を減少させることができる。一方、さらに単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きを大きくして隣接する台形が重なった場合には暗部が解消して一定の輝度を有するようになる一方で、その重なり部は異なる画像が混合するクロストークとなるため、輝度分布間の過剰な重複は望ましくない。

以上から、観察位置上に作る表示領域間の輝度とクロストークを生じる幅はトレードオフの関係にあって、単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて所望の特性にコントロールすることができる。

また、観察位置において同じ視点の視差画像が表示画面の上下方向に分布するため、観察者が表示画面の上下方向に移動した場合においても不自然な運動視差が発生しない。

図２３は、それぞれ単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθを所定の値にした場合の各観察領域の輝度分布を示す図である。図２３においては、ディスプレイ３０１の水平方向の画素ピッチをＨｄ、水平方向の開口率をｋ（０＜ｋ＜１）、垂直方向の画素ピッチをＶｄとしている。また、これにより各画素の水平幅はｋ・Ｈｄ、水平方向のブラックマトリクス（非表示部）の幅は（１−ｋ）・Ｈｄと示される。

図２３（１）に示すように、単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθが（１）式を満たす場合には、各画素の最上部と最下部を射出した光線が単位シリンドリカルレンズ３０５ａにより観察位置に作る輝度分布の位置が、観察位置での非表示領域の幅と同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は台形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が接するため、輝度が完全に無くなる観察位置を無くすることができる。また、この場合には水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳していないことからクロストークが観察されない一方で、輝度の低い観察位置が発生してしまうこととなる。

ｔａｎθ＝（１−ｋ）・Ｈｄ／Ｖｄ （１ａ）
これに対し、図２３（２）に示すように、シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθが（２ａ）式を満たす場合には、各画素の最上部と最下部を射出した光線が単位シリンドリカルレンズ３０５ａにより観察位置に作る輝度分布の位置が、観察位置での当該輝度分布の幅と同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は三角形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳してクロストークが生じるが、各観察位置での輝度のばらつきが概ね一様となる。

ｔａｎθ＝ｋ・Ｈｄ／Ｖｄ （２ａ）
また、図２３（３）に示すように、シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθが（３ａ）式を満たす場合には、各画素の最上部と最下部を射出した光線が単位シリンドリカルレンズ３０５ａにより観察位置に作る輝度分布の位置が、観察位置での当該輝度分布の１ピッチと同じ量だけ相互にずれることとなる。このため、各画素の作る輝度分布は台形となり、水平方向に隣接する画素の輝度分布が重畳してクロストークが生じるが、各観察位置での輝度が一定となる。

ｔａｎθ＝Ｈｄ／Ｖｄ （３ａ）
更に、図２３（４）に示すように、シリンドリカルレンズ１０５ａの母線１０の傾きθが（４ａ）式を満たす場合には、各画素の作る輝度分布は台形となり水平方向に隣接する画素とのクロストークが生じるが、更にその隣の画素とのクロストークが生じることはない。

ｔａｎθ＝（２−ｋ）・Ｈｄ／Ｖｄ （４ａ）
以上から、単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθは、（１−ｋ）・Ｈｄ／Ｖｄ≦ｔａｎθ≦（２−ｋ）・Ｈｄ／Ｖｄを満たす範囲にあることが望ましい。また、クロストークの発生の程度を抑制するためには、（１−ｋ）・Ｈｄ／Ｖｄ≦ｔａｎθ≦Ｈｄ／Ｖｄを満たす範囲にあることが望ましい。但し、シリンドリカルレンズ３０５ａの形状誤差や散乱作用がある場合には、基本的な輝度分布が図３に示すような矩形とならず台形になるため、使用するレンチ３０５に応じて単位シリンドリカルレンズ３０５ａの母線の傾きθを調節することが望ましい。

また、図２４は、図２１で説明した実施例の変形例である立体画像表示装置である。図２４においては、ディスプレイ３０１は、図示のように縦方向のブラック・ストライプが垂直方向に対して角度θだけ傾いた略平行四辺形の画素を水平および垂直方向に複数個並べたものであり、上下に隣接する画素の水平行間では、縦方向のブラック・ストライプが連続していない。このようなディスプレイ３０１を用いることにより、従来から用いられている縦方向に連続した母線を有するレンチ１０２を使用した場合においても、ディスプレイ３０１の各画素とレンチ１０２を構成するシリンドリカルレンズの相対的な位置関係が図２１の場合と同じになる。このため、ディスプレイ３０１の画素の傾きθを適切にすることにより、黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

また、図２５は、図２１で説明した実施例の別の変形例である立体画像表示装置である。図２５は、図２１における光路分離手段であるレンチ３０５を、縦方向の辺が垂直方向に対して角度θだけ傾いた略平行四辺形の開口部を有したマスク４０７で置換したものである。マスク４０７を用いた場合にも、傾きθを適切にすることにより、黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

また、図２４に示した構成の変形例として、縦方向に連続した母線を有するレンチ１０２を縦方向に連続した開口を持つ従来のパララックスバリアに変更してもよい。この場合にも、図２４の場合と同様に左右に隣接する画素間のブラック・ストライプを角度θだけ傾けることによって、黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

図２６は図２４に示した構成の変形例であって、ディスプレイ３０１として図示のように画素の形状が「く」の字状のものを用いる例を示している。ＩＰＳ方式の液晶パネルでは、図示のように画素の形状が「く」の字状になっているものが代表的である。

図２６においては、画素の各水平列内で、各画素間の境界であるブラック・ストライプが垂直方向を向いていないため、レンチ１０２を構成するシリンドリカルレンズの母線とディスプレイ３０１のブラック・ストライプが相対的に傾きをもって配置され、台形状の輝度分布を観察位置に作ることができる。また、この傾きを調整することにより上記と同様に黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

図２６では「く」の字状の画素を持つディスプレイの例を示したが、画素の形状はこれに限定されることは無く、画面を隙間無く埋められる形状であって、各水平画素行の対応する画素が垂直方向に直線状に配置可能な形状であればよい。例えば、図２４に示した平行四辺形型や、交互に上下に反転した台形型の画素形状であっても良い。また、画素を構成する外周は直線である必要が無く、例えば円弧上であってもよい。

図２７は本発明の実施例６に係る立体画像表示装置を示す図である。本実施例に係る立体画像表示装置は実施例５で説明した立体画像表示装置と同様に、ディスプレイ４０８とレンチ４０９から構成されるが、以下に説明するように細部の構成が異なっている。以下、実施例５で説明した立体画像表示装置と異なる点について説明する。

ディスプレイ４０８はディスプレイ３０１と同様に縦横のブラック・ストライプによって区切られた画素を有しているが、表示する合成視差画像の合成様式の点でディスプレイ３０１と異なっている。

図１０は本実施例における合成視差画像の制作方法を示す図である。本実施例における合成視差画像は、合成する各視差画像を二次元的に分割したものを順次組合わせて製作される。本実施例においては４枚の視差画像から合成した合成視差画像を用いて説明するが、任意の枚数の視差画像からなる合成視差画像に対して本発明を適用することができる。

図１０に示すように、ディスプレイ１０５には、４個の異なる観察位置に対応する視差画像を縦横に分解して所定の順番で行列状に並べて合成した行列状合成画像（＝同一視点の画素を対角にずらした第１の行列状合成画像）を表示している。つまり、各横方向の画素行には各視差画像を表示する画素が同一の順序で配置されているが、上下に一段異なる画素行では、対応する各視差画像を表示する画素が横方向に所定の量（図２７では一画素分）だけずらされている。この結果、各縦方向の画素列にも各視差画像を表示する画素が同一の順序で配置され、相互に所定のずれを有している。

図１７で説明した縦ストライプ合成画像では、１つの視点で観察される画像の解像度が水平方向のみ低下しているのに対し、行列状合成画像では解像度の低下を水平垂直方向に分散している。このため行列状合成画像を用いるものでは、水平方向のみ解像度が低下するものに対して、解像度の低下を目立たなくすることができる。

レンチ４０９は、レンチ１０５と同様にディスプレイ４０８の表示面側に設けられている。また、レンチ４０９を構成する単位シリンドリカルレンズ４０９ａは、ディスプレイ４０８上の画素との対応関係においてシリンドリカルレンズ４０９ａと同様であり、また、母線がディスプレイ４０８の垂直方向に長いブラック・ストライプに対して所定の角度θ傾いている点でも同様である。

一方、ディスプレイ４０８に表示される合成視差画像内の画素配置がディスプレイ３０１と異なることに対応して、レンチ４０９は単位シリンドリカルレンズ４０９ａの配置の仕方においてレンチ４０９と異なっている。つまり、上記で説明したように、ディスプレイ４０８では上下に一段異なる画素行間で、対応する各視差画像を表示する画素が横方向に所定の量だけずらされているため、これに対応して上下に隣接する単位シリンドリカルレンズ４０９ａ間でも母線の位置が所定の量だけずらされている。図２７においては、母線間のピッチＨＬに対して、上下に隣接する単位シリンドリカルレンズ４０９ａ間でＨＬ／４だけずらして垂直方向に並べられている。

図１２は、図２７に示した立体画像表示装置の水平断面内の光路を示す図である。図１２に示すように、上下に隣接する単位シリンドリカルレンズ１０６ａの水平行が水平方向にＨＬ／４だけずれることで、画素配置が図２７に示す場合にも、各視差画像がそれぞれ対応する観察位置に提示される。図中、基準とする状態（画素行１０５ａに対応）を実線で示し、ＨＬ／４ずれた状態（画素行１０５ａに対応）を破線で示す。単位シリンドリカルレンズ１０６ａが図中右方へＨＬ／４ずれた時、ディスプレイ１０５の表示も右方へＨｄずれる位置関係になっている。

ディスプレイ１０５では、上下に隣接する画素行間で一画素分だけ対応する画素がずらされた状態について示したが、それ以外のずらし量の場合もレンチ１０６内の単位シリンドリカルレンズ１０６ａの配置を対応させることで、同様の表示を行うことができる。

以上の構成により、実施例５と同様に実施例６についても、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの母線の傾きθの値を変化させることにより、表示装置の用途などに応じて観察位置上に作る表示領域間の輝度（黒縞模様）とクロストークを生じる幅の関係を所望の特性にコントロールすることができる。

図２８は、実施例６の変形例を示す。図２８に示すように、実施例５と同様、光路分離手段であるレンチ１０９の替わりに縦方向の辺が垂直方向に対して角度θだけ傾いた略平行四辺形の開口部を有したマスク４１３を用いても良い。マスク４１３を用いた場合にも、傾きθを適切にすることにより、黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

また、本実施例においても図２４或いは図２６に示すような、画素の各水平列内で、各画素間の境界であるブラック・ストライプが垂直方向を向いていないディスプレイを用いることができる。この場合、レンチ１０９を構成するシリンドリカルレンズの母線、或いは、マスク４１３の開口部の列における辺を、ディスプレイのブラック・ストライプと相対的に傾きをもって配置することにより、台形状の輝度分布を観察位置に作ることができる。また、この傾きを調整することにより上記と同様に黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

図２９は本発明の実施例７に係る立体画像表示装置であり、図２７を用いて説明した実施例６に係る立体画像表示装置を更に改良したものであって、以下に説明するように細部の構成が異なっている。以下、実施例６で説明した立体画像表示装置と異なる点について説明する。

本実施例で用いるレンチ４１４は、実施例６と同じ単位シリンドリカルレンズ４０９ａから構成されるが、その配置の方法の点で実施例６のレンチ４０９と異なる。本実施例で用いるレンチ４１４においては、上下に隣接する単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行が水平方向にＨＬ／４＋Δｖｎ（ｎ＝１，２，３・・・）だけずらして配置される。ここで、ΔｖｎはＨＬ／４に比べて十分に小さな水平方向の微小距離であって、レンチ４１４全面ではΣΔｖｎ＝０なるようにされている。

図２９に示すように、レンチ４１４を構成する単位シリンドリカルレンズ４０９ａの母線は垂直方向に対して角度θだけ傾いているので、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの各水平行の作る輝度分布は、図２３に示したように角度θに応じたパターンとなる。ここで、図２３を用いて先に説明したように、角度θにより輝度分布を均一化して黒縞模様の発生を抑制することと、クロストークを抑制することはトレードオフの関係にある。このため、クロストークを一定以下にしようとする場合には、必ずしも単位シリンドリカルレンズ４０９ａの各水平行の作る輝度分布は一様にならない。このため、実施例６で説明したような、上下に隣接する画素行間で画素をずらしたことに対応して上下に隣接する単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行を例えばＨＬ／４づつずらした場合には、全ての単位シリンドリカルレンズ４０９ａの作る輝度分布も一様にはならず、観察位置によって画面が明るく見える位置と暗くなる位置が発生してしまうこととなる。

これに対し、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの各水平行が水平方向にさらにΔｖずれた場合を考える。

図３０は、複数の単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行をそれぞれΔｖずらして配置した場合に、各水平行による観察位置での輝度分布を示す図である。図３０においては、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行の作る輝度分布の谷部に輝度０の領域のある場合について、複数の輝度分布がそれぞれ規則的にずらされて設けられている場合を示す。

図３０から分かるように、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行を微小距離Δｖづつずらして配置することにより、それぞれの水平行が観察位置に作る輝度分布が相互にずれる事となる。これにより、観察位置によらず、周囲に対して輝度の低い微小な部分が一定割合だけランダムに画面上に観察される一方で、画面全体の輝度が低くなる観察位置が無くなり、観察者は常に一定輝度の画面を観察することが可能となる。

各Δｖの値は、例えば正規分布のような一定の分布を持ち、Δｖ全体の和がゼロになることが好ましい。また、隣接する単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行間ではΔｖが一定の関係を持っていても、ランダムであっても良い。

以上説明したように、実施例７については、レンチ４１４を構成する単位シリンドリカルレンズ４０９ａに母線の傾きθを持たせること、および、単位シリンドリカルレンズ４０９ａの水平行間で水平方向に微小距離Δｖずらすことにより、黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

図３１は本発明の実施例８における立体画像表示装置を示す図である。図３１に示す立体画像表示装置は、距離Ｌ離れた観察位置に、８個の異なる画像を水平および垂直方向に分離して表示することが可能なものである。

立体画像表示装置は、ディスプレイ４１５と第１のレンチ４１６と第２のレンチ４１７から構成される。第１のレンチ４１６はディスプレイ４１５の表示光を水平方向に分離する分離手段であり、第２のレンチ４１７は垂直方向に分離する分離手段である。

ディスプレイ４１５は、実施例６で説明した方法と同様の方法で水平および垂直方向に図３１に示す所定の規則性をもって複数の視差画像を表示する画素を配置してある。

図３１に示すとおり、ディスプレイ４１５には、８視点の画像から２行４列の単位行列画素を二次元的に複数個並べた行列状合成視差画像が表示される。

レンチ４１６とレンチ４１７は、ディスプレイ４１５の表示面側に設けられている。レンチ４１６は、実施例５と同様に、ディスプレイ４１５の表示光を水平方向に分離する分離手段であり、ディスプレイ４１５の垂直方向のブラック・ストライプに対して、母線が角度θだけ傾いた単位シリンドリカルレンズを水平方向と垂直方向にブラック・ストライプに対して平行に複数個並べたものである。この時、レンチ４１６を構成する単位シリンドリカルレンズは単位行列画素の幅（図３１では４画素）に対応する幅を持つことが好ましい。また、単位シリンドリカルレンズの高さは単位行列画素の高さ（図３１では２画素）に対応する高さであっても良いが、実施例５で説明したような角度θの調整の自由度を高めるためには、１画素の高さに対応するものとすることが好ましい。

第２のレンチ４１７は、ディスプレイ４１５の表示光を垂直方向に分離する分離手段であり、ディスプレイ４１５の水平方向のブラック・ストライプに対して、母線が角度φだけ傾いた単位シリンドリカルレンズを水平方向と垂直方向にブラック・ストライプに対して平行に複数個並べたものである。この時、レンチ４１７を構成する単位シリンドリカルレンズはディスプレイ４１５の単位行列画素の高さ（図３１では２画素）に対応する幅を持つことが好ましい。また、単位シリンドリカルレンズの幅は単位行列画素の幅（図３１では４画素）に対応する幅であっても良いが、実施例５で説明した角度θと同様に角度φの調整を行うための自由度を高めるためには、１画素の幅に対応するものとすることが好ましい。

レンチ４１６は、実施例５と同様に、レンチ４１６を構成するシリンドリカルレンズの母線の傾きθを変化させることにより、縦方向の黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

レンチ４１７ついては、レンチ４１６を９０度回転したものと同様に考えることができる。すなわち、レンチ４１７を構成するシリンドリカルレンズの母線の傾きφを変化させることにより、横方向の黒縞模様とクロストークを所望の値にコントロールすることができる。

なお、本実施例では、２種類のレンチを用いているが、２方向に光学作用を有するトーリックレンズアレイ、或いは、縦方向と横方向の辺が傾きθおよびφを有するような平行四辺形の開口部を有するマスクを用いても良い。

この図３１においては、レンズアレイ４１６とレンズアレイ４１７を構成する微小シリンドリカルレンズの母線は、いずれも画素４１５の境界に対して傾いているが、その限りではない。例えば、レンズアレイ４１６を構成する上下に重なった２つの微小シリンドリカルレンズの母線が画素４１５の境界に対して平行で、且つその２つの微小シリンドリカルレンズの母線が互いに不連続であるように、レンズアレイ４１６を構成しても構わない。勿論、レンズアレイ４１７に関しても同様のことが言える。

さらに、この図のレンズアレイ４１６とレンズアレイ４１７との少なくとも一方を、母線が不等間隔で並ぶようなシリンドリカルレンズアレイ（互いに隣り合う２つのシリンドリカルレンズの母線同士の間隔が、互いに隣り合う別の２つのシリンドリカルレンズの母線同士の間隔と異なるような構成を有するシリンドリカルレンズアレイ）としても構わない。その際も、鉛直方向に並ぶ２つのシリンドリカルレンズの母線は互いにずれていることが望ましいが、母線が不等間隔で並ぶ場合には、鉛直方向に並ぶ２つのシリンドリカルレンズのうち１組や２組のシリンドリカルレンズの母線が一致したとしても、それは本発明の範囲内である。

さらに、実施例５〜８では、レンチを構成するシリンドリカルレンズは水平或いは垂直方向に光学作用を有するものであるが、実施例中で説明した傾きθ或いはφに略直行する方向に作用するレンズを用いても同様の効果を得ることができる。

以上説明してきた実施例は、矛盾の無い範囲で任意に組合わせることが可能である。例えば、本実施例で記載しているシリンドリカルレンズアレイを、図１の記載と図１５の記載とを組合わせて、鉛直方向に重なる２つのシリンドリカルレンズの母線（境界線）の位置を互いにずらしつつ（図１の記載）、水平方向に関して隣り合う２つのシリンドリカルレンズの母線間の距離と水平方向に関して隣り合う別の２つのシリンドリカルレンズの母線間の距離とが互いに異なる（図１５の記載）ように構成しても構わない。

以上説明したように、本発明の画像表示装置によれば、縦ストライプ合成画像、或いは、行列状合成画像、そしてレンチを用いることによって、運動視差や立体画像を観察位置が変わっても黒縞模様が目立たなくして観察することができる。

さらに、黒縞模様とクロストークの程度をコントロールすることができるので、使用用途に応じて黒縞模様とクロストークの程度を任意に設定することができる。

本発明の実施例１の要部概略図 図１の一部分の説明図 本発明の実施例１の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例１の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例１の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例２の要部概略図 図６の一部分の説明図 発明の実施例２の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例３の要部概略図 本発明の実施例３のＦＰＤの説明図 本発明の実施例３の図１の一部分の説明図 本発明の実施例３の図１の一部分の説明図 本発明の実施例３の図１の一部分の説明図 本発明の実施例３の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例４の要部概略図 従来の多視点画像表示装置の説明図 図１６の一部分の説明図 図１６の一部分の説明図 従来の多視点画像表示装置の観察位置における像の輝度分布の説明図 レンチキュラーレンズの光軸の説明図 本発明の実施例５の要部概略図 図２１の一部分の説明図 本発明の実施例５の観察位置における像の輝度分布の説明図 本発明の実施例５の変形例の説明図 本発明の実施例５の変形例の説明図 本発明の実施例５の変形例の説明図 本発明の実施例６の要部概略図 本発明の実施例６の変形例の説明図 本発明の実施例７の要部概略図 本発明の実施例７における輝度分布の説明図 本発明の実施例８の要部概略図

符号の説明

１００ 画像表示装置
１０１ 画像表示手段（フラットパネルディスプレイ）
１０２ レンチキュラーレンズ
１０３ 画像分離手段（レンチキュラーレンズ）
２００ 合成画像
１〜４ 微小レンズ
１０４ レンチ
１０５ ディスプレイ
１０６ レンチ
１０７ レンチ
３０１ ディスプレイ
３０５ レンチ
４０７ マスク
４０８ ディスプレイ
４０９ レンチ
４１３ マスク
４１４ レンチ
４１５ ディスプレイ
４１６ レンチ
４１７ レンチ

Claims (10)

1. 鉛直方向（又は水平方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向（又は鉛直方向）に複数配置して構成されている画像表示手段と、
   前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素の画素像各々の前記観察面上における輝度分布の水平断面が略矩形であり、
   前記観察面上において水平方向に並んで投影される第１列中の複数の画素像のピッチと、前記観察面上において水平方向に並んで投影される、前記第１列とは異なる第２列中の複数の画素像のピッチが前記第１列中の複数の画素像のピッチとが等しくＨｅであるとき、
   前記同じ画素行内の第１画素と第２画素の画素像の中心間の水平方向（又は鉛直方向）におけるずれ量αが、
   ０＜α＜Ｈｅ
   であることを特徴とする画像表示装置。
2. 第１視差画像と該第１視差画像とは異なる第２視差画像とを観察者の左右の眼それぞれに導く画像表示装置であって、
   前記第１画素と前記第２画素は、共に前記第１視差画像を構成する画像を表示する画素であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記光学系が、水平方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズアレイを有しており、
   該シリンドリカルレンズアレイの母線の方向が、前記画素行の配列方向と実質的に平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置。
4. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して略等ピッチで配列された複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向に関して略等ピッチで配列された複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズの母線と前記複数の第２微小レンズの母線とが不連続であることを特徴とする画像表示装置。
5. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して略等しい幅を持つ複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向に関して略等しい幅を持つ複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズ間の境界と前記複数の第２微小レンズ間の境界とが不連続であることを特徴とする画像表示装置。
6. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と実質的に平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して屈折力を有する複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイを有しており、該複数の第１微小レンズ各々の母線が不等ピッチになるように配列されていることを特徴とする画像表示装置。
7. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して略等ピッチで配列された複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向に関して略等ピッチで配列された複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズの母線と前記複数の第２微小レンズの母線とが不連続であることを特徴とする画像表示装置。
8. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して略等しい幅を持つ複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイと、水平方向に関して略等しい幅を持つ複数の第２微小レンズを含む第２レンズアレイとを有しており、前記複数の第１微小レンズ間の境界と前記複数の第２微小レンズ間の境界とが不連続であることを特徴とする画像表示装置。
9. 複数の画素を含む画像表示手段と、
   シリンドリカルレンズアレイを含み、前記複数の画素の画素像を観察面上に投影する光学系とを備えている画像表示装置であって、
   前記複数の画素のうち水平方向に互いに隣接する第１画素、第２画素とを仕切る境界線が、前記シリンドリカルレンズアレイの母線と非平行であり、
   前記シリンドリカルレンズアレイが、水平方向に関して屈折力を有する複数の第１微小レンズを含む第１レンズアレイを有しており、該複数の第１微小レンズ各々の母線が不等ピッチになるように配列されていることを特徴とする画像表示装置。
10. 前記複数の画素が、鉛直方向（又は鉛直方向）に複数の画素が配列された画素行を、水平方向に複数配置して構成されており、
    前記同じ画素行内の第３画素と第４画素の画素像の中心間の水平方向におけるずれ量αが、
    ０＜α＜Ｈｅ
    であることを特徴とする請求項４乃至９いずれかに記載の画像表示装置。

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