JP2006126542A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視域の広いＩＰ表示装置を提供する。
【解決手段】 表示要素画像を表示する表示手段１２と、表示要素画像を投影する投影手段１１とを備え、中心投影要素画像Ｒ₀の水平方向の長さをΩ₀、投影手段１１の水平方向に配置された中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂの数をＰ、視野の水平方向に配置されている中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂの数をＱ、水平方向の視域をωとすると、
ω＝Ω₀Ｐ／２Ｑ
を満たすＩＰ表示装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ群を利用した立体映像方式である、いわゆるＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙの立体画像表示装置に関する。

従来、偏光眼鏡などによらない３次元立体表示技術として、レンチキュラー板を用いた装置がすでに商品化されており、さらにレンチキュラー方式では不可能とされた、上下右左からでも回り込んだ３次元立体画像（以下、単に「立体画像」という。）を認識可能とするＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ（以下、適宜「ＩＰ」という）方式の実用化が進められている。このＩＰ方式では、平面状に配列されたレンズ群あるいはピンホール群を用いた方式が知られている。また、このＩＰ方式は、静止画像だけでなく、動画像についても用いられる。ここで図８、図９を参照してＩＰ方式を用いて立体画像を撮像する従来の撮像装置と立体画像を表示する従来の表示装置について説明する。

図８に示すように、ＩＰ方式を用いた立体画像撮像装置（以下、適宜「ＩＰ撮像装置」という）３００は、同一平面上に配列された複数の要素レンズ３０１ａからなる撮像要素レンズ群３０１と、撮像要素レンズ群３０１からみて被写体Ｔ₁とは反対側に配置された撮像手段３０２とを備えている。ここで、図８において、上下がＩＰ撮像装置の右左を示し、撮像要素レンズ群３０１は、同一の微小な表面積を有する要素レンズ３０１ａを縦横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面を簡略化するため、９個の要素レンズ３０１ａで構成されているものとして図示している。被写体Ｔ₁が、ＩＰ撮像装置３００により撮像されると、撮像手段３０２に撮像要素レンズ群３０１を構成する要素レンズ３０１ａと同数の被写体Ｔ₁の撮像要素画像ｔ₁が撮像される（図８では、９つの撮像要素画像ｔ₁、例えば特許文献１参照）。

図９に示すように、ＩＰ方式を用いた立体画像表示装置（以下、適宜「ＩＰ表示装置」という）３１０は、平面上に配列された複数の要素レンズ３１１ａからなる表示要素レンズ群３１１と、表示要素レンズ群３１１からみて観察者とは反対側に配置された表示手段３１２とを備えている。また、ＩＰ表示装置３１０の要素レンズ３１１ａは、ＩＰ撮像装置３００の要素レンズ３０１ａと同じ焦点距離を有する。また、ＩＰ表示装置３１０の要素レンズ３１１ａから表示手段３１２までの距離とＩＰ撮像装置３００の要素レンズ３０１ａから撮像手段３０２までの距離が同一となるように構成されている。ここで、図９において、上下がＩＰ表示装置の右左を示し、表示要素レンズ群３１１は、同一の微小な表面積を有する要素レンズ３１１ａを縦横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面を簡略化するため、９個の要素レンズ３１１ａで構成されているものとして図示している。

また、ＩＰ撮像装置３００によって撮像された撮像要素画像ｔ₁をそのままＩＰ表示装置３１０の表示手段３１２に表示すると、立体画像の奥行きが反転してしまう逆視像が生じてしまうので、逆視像を回避するため、個々の要素レンズ３０１ａで結像されて撮像手段３０２により撮像される被写体Ｔ₁の撮像要素画像ｔ₁を、要素レンズ３０１ａの光軸と撮像手段３０２の交点を中心として点対称に変換して被写体Ｔ₁の表示要素画像ｔ₂とする。そしてこの表示要素画像ｔ₂をＩＰ表示装置３１０の表示手段３１２に表示することにより観察者は正視像となった立体画像を観察することができる。

このＩＰ表示装置３１０の表示手段３１２に被写体Ｔ₁の表示要素画像ｔ₂を表示することにより、観察者は表示要素レンズ群３１１の要素レンズ３１１ａを通して被写体Ｔ₁の立体画像（再生像Ｔ₂）を観察することとなる。
また、図１０に示すように、従来のＩＰ表示装置３１０では、個々の表示要素画像ｔ₂が要素レンズ３１１ａにより投影される投影要素画像の表示される位置が等しくなるように表示要素画像ｔ₂を表示手段３１２に表示し、要素レンズ３１１ａを配置していた。

また、従来のＩＰ表示装置３１０では、視点位置の範囲（以下、「視域」という）である視点Ｓ₁から視点Ｓ₂までの範囲で観察者が立体画像を観察する場合には、観察者は表示手段３１２に表示された表示要素画像ｔ₂をこの表示要素画像ｔ₂に対向する要素レンズ３１１ａを通して立体画像として観察することとなる。

また、視点Ｓ₁より図中上側または視点Ｓ₂より図中下側の視域で観察者が立体画像を観察する場合には、観察者は表示手段３１２に表示された表示要素画像ｔ₂について、表示要素画像ｔ₂に対向する要素レンズ３１１ａに隣接する要素レンズ３１１ａなどを通して立体画像として観察することとなる。
すなわち、視域は、視点Ｓ₁、視点Ｓ₂などを境界として複数の視域が観察者の観察位置に表示される。

なお、観察者が視点Ｓ₀（視域の中心）にいる場合には、観察者は、表示要素画像ｔ₂の中心を、要素レンズ３１１ａを通して観察することとなる。また、各要素レンズ３１１ａにより投影される各表示要素画像ｔ₂が投影された投影要素画像の位置、大きさ及び形状はすべて同じ、すなわち、各視域は同じ位置、大きさ及び形状で表示されている。
特開２００２−１９９４１７号公報（段落０００２〜０００７、図６、図７）

ところが、従来のＩＰ表示装置３１０のそれぞれの視域は非常に狭いため、右目と左目が異なる視域で観察者が立体画像を観察する場合が生じ得る。かかる場合には、観察者は正しい立体画像を観察することはできない。そのため、観察者は非常に狭い視域内で立体画像を観察することとなる。

視域は図１０に示すように、表示手段３１２から表示要素レンズ群３１１までの距離をｇ’、表示要素レンズ群３１１から視域のある平面までの距離をＬ’、表示要素画像の水平方向の長さをＷ_c’、要素レンズ３１１ａのレンズピッチをＷ_p’、水平方向における有効な視域角をΦとすると、Φ＝２ｔａｎ^-1（Ｗ_c’／２ｇ’）となる。また、有効な視域Ωは、Ω＝２Ｌ’ｔａｎ（Φ／２）となる。また、表示要素画像の上下方向の長さＷ_c’は、Ｗ_c’＝Ｗ_p’（Ｌ’＋ｇ’）／Ｌ’となる。

すなわち、視域は、ＩＰ表示装置の表示要素画像の大きさ、表示要素画像からＩＰ表示装置の要素レンズまでの距離、ＩＰ表示装置の要素レンズから観察者までの距離によって決まる。しかし、表示要素画像からＩＰ表示装置の要素レンズまでの距離を短くすると、解像度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み創作されたものであり、表示する視域の広い立体画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、表示要素画像を表示する表示素子からなる表示手段と、当該表示要素画像を投影する複数の要素光学素子からなる投影手段とを備える立体画像表示装置であって、隣接する要素光学素子によって投影される投影要素画像同士がずれるように、要素光学素子と、表示素子とを配置したものである。

請求項１に係る発明によれば、隣接する要素光学素子によって投影される投影要素画像同士がずれるように、要素光学素子と、表示素子とを配置しているので、投影要素画像が表示される領域を、従来のＩＰ表示装置によって投影される投影要素画像により表示される領域より広くすることができる。

請求項２に係る発明は、表示要素画像を表示する表示手段と、当該表示要素画像を投影する複数の要素光学素子からなる投影手段とを備える立体画像表示装置であって、投影手段における所望の視野領域Ｑが決定された際に、投影手段の要素光学素子によって投影される投影要素画像の領域Ω₀よりも、観察者が投影手段で投影された投影要素画像から立体画像を観察可能な視域ωを大きくするために、ω＝Ω₀Ｐ／２Ｑを満たすように、要素光学素子の領域Ｐを設定したものである。

請求項２に係る発明によれば、所望の視野領域Ｑ、すなわち、視野の水平方向、垂直方向または斜め方向に配置された要素光学素子の数を減らすこと、つまり投影手段上に表示される視野の水平方向、上下方向または斜め方向の長さを短くすることにより、立体画像を観察可能な水平方向、上下方向または斜め方向の視域（移動範囲）ωを広げることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、投影要素画像の領域Ω₀を広げることにより、すなわち、投影要素画像の水平方向、上下方向または斜め方向の長さを長くすることにより、立体画像を観察可能な水平方向、上下方向または斜め方向の視域（移動範囲）ωを広げることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、要素光学素子の領域Ｐ、すなわち、投影手段の水平方向、上下方向または斜め方向に配置した要素光学素子の数Ｐを増やすことにより、あるいは、投影手段の水平方向、上下方向または斜め方向の長さを長くすることにより、立体画像を観察可能な水平方向、上下方向または斜め方向の視域（移動範囲）ωを広げることができる。

ここで、ω＝Ω₀Ｐ／２Ｑは、所望の視野領域Ｑと要素光学素子の領域Ｐとが異なる場合の、所望の視野領域Ｑ、要素光学素子の領域Ｐ、投影要素画像の領域Ω₀、視域ωとの関係を示している。
また、要素光学素子は、凸レンズなどの単レンズの他、レンズ作用を有する光学系（レンズ系）であってもよい。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の立体画像表示装置であって、要素光学素子の境界に光学的遮蔽物を配置することを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、要素光学素子の境界に光学的遮蔽物を配置していることから、隣接する要素光学素子からの光を互いに入射することを防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置であって、観察者位置検出手段、表示要素画像情報特定手段、観察表示要素画像記憶手段、視野移動距離算出手段及び表示要素画像移動手段を備えるものである。

請求項４に係る発明によれば、立体画像表示装置は、観察者位置検出手段により、この立体画像表示装置により表示される立体画像を観察している観察者の位置を検出する。観察者位置検出手段により検出される観察者の位置は、観察者が立体画像を観察し始めたときの観察者の位置と立体画像を観察中に観察者が移動した場合の移動後の観察者の位置である。また、立体画像表示装置は、表示要素画像情報特定手段により、観察者位置検出手段により検出された観察者の位置に基づいて、観察者が要素光学素子を通して観察する表示要素画像中の情報（表示要素画像の位置）を特定する。すなわち、観察者の位置と要素光学素子の中心とを結ぶ直線と表示要素画像との交点から、観察者が観察している表示要素画像中の情報を特定する。

立体画像表示装置は、視野移動距離算出手段により、表示要素画像情報特定手段により特定された観察者が移動した後に観察している表示要素画像中の情報と観察表示要素画像記憶手段に記憶されている観察者が移動する前に観察していた表示要素画像中の情報に基づいて、視野が移動した距離（視野移動距離）を算出する。
そして、立体画像表示装置は、表示要素画像移動手段により、視野移動距離算出手段で算出された視野移動距離に基づいて、観察者が移動しても表示要素画像を移動させる前の立体画像と同一の立体画像を観察することができるように、表示手段に表示する表示要素画像を移動させる。

請求項１に係る発明によれば、投影要素画像が表示される領域を従来の立体画像表示装置によって投影される投影要素画像が表示される領域より広くできるので、視域を広くできる立体画像表示装置を提供することができる。
請求項２に係る発明によれば、視域ωが所望の視野領域Ｑと、要素光学素子の領域Ｐを投影要素画像の領域Ω₀との関係から決定しているため所望の視野領域Ｑを狭くすることにより、または投影要素画像の領域Ω₀を広げることにより、あるいは、要素光学素子の領域Ｐを広くすることにより、決定を自在として視域を広くできる立体画像表示装置を提供することができる。
請求項３に係る発明によれば、隣接する要素光学素子からの光を要素光学素子同士において入射することを防止できるため、主表示領域（メインローブ）のみの立体画像を提供することができる。
請求項４に係る発明によれば、観察者の位置に応じた立体画像を提供することができる。

（第１の実施形態）
次に第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで参照する図１は、ＩＰ方式を用いた立体画像表示装置（以下、適宜「ＩＰ表示装置」という）の概略図である。なお、図１では、要素レンズ（要素光学素子）が縦横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面を簡略化するため、９個の要素レンズで構成されているものとして図示している。また、図１では、投影要素画像を１つしか示さず、中心投影要素画像と１つの投影要素画像により視域が構成されているものとして図示しているが、実際には、要素レンズと同数の投影要素画像が観察者の位置に表示され、視域は、観察者の位置に表示される中心投影要素画像とすべての投影要素画像から構成される。また、図１の上下が、ＩＰ表示装置の右左を示している。

図１に示すように、ＩＰ表示装置１０は、投影手段１１、表示手段１２、基板１３を備える。
投影手段１１は、同一平面上に配置された中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂからなる。なお、中心要素レンズ１１ａは、説明をするために便宜上他の要素レンズ１１ｂと区別するために命名したものであって、要素レンズ１１ｂと同一のレンズである。

ここで、中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂは、同一の焦点距離を有し、かつ同一の大きさの円盤状の凸レンズである。中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂは、例えば、マスク、フレームなどにより保持され、このマスクなどが、表示手段１２が配置された基板１３を固定するフレームに取り付けられている。
表示手段１２は、従来のＩＰ撮像装置で撮像された撮像要素画像を、従来の撮像装置の要素レンズの光軸と撮像手段との交点を中心に点対称に変換した複数の表示要素画像を表示するものである。また、表示手段１２は、１つの表示要素画像を表示する表示素子からなる。例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などである。なお、表示要素画像の形状及び大きさはすべて同一である。

中心要素レンズ１１ａは、正対する表示要素画像からの光を入射して中心投影要素画像Ｒ₀を投影するものである。
要素レンズ１１ｂは、対向する表示要素画像からの光を入射して投影要素画像Ｒ₁を投影するものである。

表示手段１２から投影手段１１までの距離をｇ、投影手段１１から中心投影要素画像Ｒ₀、投影要素画像Ｒ₁が表示される平面までの距離をＬ、中心投影要素画像Ｒ₀の水平方向の長さ（投影要素画像の領域）をΩ₀、投影手段１１の水平方向に配置された中心要素レンズ１１ａと要素レンズ１１ｂの数（要素光学素子の領域）をＰ、視野の水平方向に配置された中心要素レンズ１１ａと要素レンズ１１ｂの数（所望の視野領域）をＱ、中心要素レンズ１１ａの水平方向における有効な視域角をΦ₀、表示要素画像の水平方向の長さをＷ_d、水平方向における視野の観察できる移動可能範囲（視域）をωとすると、ＩＰ表示装置１０は、式（１）から式（３）を満たすように設定されている。

ω＝Ω₀Ｐ／２Ｑ・・・（１）
Ω₀＝２Ｌｔａｎ（Φ₀／２）・・・（２）
Φ₀＝２ｔａｎ^-1（Ｗ_d／２ｇ）・・・（３）

式（１）から明らかなように、中心投影要素画像Ｒ₀の水平方向の長さΩ₀を長くするか、投影手段１１の水平方向に配置されている要素レンズ１１ｂの数Ｐを増やすか、視野の水平方向に配置された要素レンズ１１ｂの数Ｑを減らせば、水平方向における視域の範囲ωが広くなる。
また、式（２）から明らかなように、中心投影要素画像Ｒ₀の水平方向の長さΩ₀を長くするためには、中心要素レンズ１１ａの水平方向における有効な視域角Φ₀を大きくする。
さらに、式（３）から明らかなように、中心要素レンズ１１ａの水平方向における有効な視域角Φ₀を大きくするためには、表示要素画像の水平方向の長さＷ_dを長くする。

式（１）から式（３）を満たすＩＰ表示装置１０においては、中心投影要素画像Ｒ₀の中心から観察者が立体画像を観察する場合には、中心要素レンズ１１ａに正対する表示要素画像の中心を観察することとなるが、それ以外の表示要素画像を観察する場合には、表示要素画像の中心でない情報（位置）を観察することとなる。
また、中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂにより投影される各表示要素画像の中心投影要素画像Ｒ₀、投影要素画像Ｒ₁の形状は同じであり、投影手段１１からの距離も同一であるが、図１に示すように、表示される位置が異なる。

視野は、図２に示すように、一部の中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂにより投影される中心投影要素画像Ｒ₀、投影要素画像Ｒ₁により構成される。ここで参照する図２（ａ）〜（ｃ）は、要素レンズの断面が円形である場合の視野を示した図であって、従来のＩＰ表示装置の表示要素画像と比較して第１の実施形態に係るＩＰ表示装置の表示要素画像が大きい場合には、（ａ）は、観察者が、中心要素レンズにより表示される視域の左側で観察しているときを示し、（ｂ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察しているときを示し、（ｃ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の右側で観察しているときを示している図であり、従来のＩＰ表示装置の表示要素画像と比較して第１の実施形態に係るＩＰ表示装置の表示要素画像が小さい場合には、（ａ）は、観察者が、中心要素レンズにより表示される視域の右側で観察しているときを示し、（ｂ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察しているときを示し、（ｃ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の左側で観察しているときを示している図である。また図２（ｄ）は、中心要素レンズ、要素レンズの断面が正方形である場合であって、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察している視野を示している図である。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂの断面が円形である場合には、視野は円形であり、視野の直径は、（２ｑ−１）個の要素レンズ１１ｂの直径を合わせた長さとなっている。また、視野Ａは、観察者から見た場合に、中心要素レンズ１１ａ、要素レンズ１１ｂを通して、表示要素画像間の境界部分ではなく、表示要素画像の一部を観察可能な領域である。視野Ａの端部にある要素レンズ１１ｂを通して表示要素画像間の境界部分を見ることになるが、その隣の要素レンズ１１ｂからは再び表示要素画像の一部を観察することとなり、これらの要素レンズ１１ｂからの光線により視野Ａの隣の視野が形成される。

また、図２（ｄ）に示すように、要素レンズの断面が正方形の場合には、視野は正方形となり、視野の一辺の長さは、（２ｑ−１）個の要素レンズ１１ｂの辺の長さを合わせた長さとなっている。つまり、要素レンズの断面の形状と同一の形状の視野が投影手段１１上に表示されることとなる。なお、（２ｑ−１）は、１つの視野を形成する水平方向の要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）の個数を示している。
ここで、ｑは式（４）により示される。

ｑ＝（ｎ＋０．５）Ｗ_d／Ｗ_c’・・・（４）
ｎは中心要素画像を０番目として数えた場合の、視野の端部を形成する表示要素画像の番号を示すものである。Ｗ_dはＩＰ表示装置１０の表示要素画像の水平方向の長さである。Ｗ_c’は従来のＩＰ表示装置における表示要素画像の水平方向の長さを示している。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで参照する図３は、ＩＰ表示装置の概略図である。なお、図３では、要素レンズ（要素光学素子）が縦横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面を簡略化するため、１９個の要素レンズで構成されているものとして図示している。また、図３の上下が、ＩＰ表示装置の右左を示している。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明は省略する。

図３に示すように、ＩＰ表示装置２０は、投影手段１１、表示手段１２、基板１３（図３では、基板１３については省略している。）、観察者位置検出装置（観察者位置検出手段）２４及び表示要素画像移動装置２５を備える。
観察者位置検出装置２４は、観察者の位置を検出するものである。

表示要素画像移動装置２５は、観察者位置検出装置２４により検出された観察者の位置に基づいて、表示手段１２に表示する表示要素画像を移動するものであって、図４に示すように、表示要素画像情報特定手段２５ａ、視野移動距離算出手段２５ｂ、表示要素画像移動手段２５ｃ及び観察表示要素画像記憶手段２５ｄからなる。ここで参照する図４は、表示要素画像移動装置のブロック図である。なお、表示要素画像情報特定手段２５ａ、視野移動距離算出手段２５ｂ、表示要素画像移動手段２５ｃ及び観察表示要素画像記憶手段２５ｄは１つのコンピュータで実現してもよいし、複数のコンピュータで実現してもよい。

図４に示すように、表示要素画像情報特定手段２５ａは、観察者位置検出装置２４により検出された観察者の移動後の位置に基づいて、観察者が要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）を通して観察する表示要素画像の情報（位置）を特定する。具体的には、表示要素画像情報特定手段２５ａは、観察者の位置と要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）の後側主点を通る直線と表示要素画像との交点を求め、その交点を観察者が観察する表示要素画像の情報（位置）とする。例えば、図３に示すように、観察者位置検出装置２４により観察者がＡ₁地点にいると特定された場合には、表示要素画像情報特定手段２５ａは、観察者が観察している中心要素レンズ１１ａの後側主点とＡ₁地点とを通る直線と、表示要素画像との交点Ｂ₁を求める。この求められた交点Ｂ₁が、観察者がＡ₁地点で中心要素レンズ１１ａを通して観察している表示要素画像の情報（位置）となる。また、第２の実施形態に係るＩＰ表示装置２０の表示要素画像の領域が従来のＩＰ表示装置の表示要素画像の領域より大きい場合には、観察者から見た場合の１つの視野の領域が水平方向に１０個の要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）から構成されるとき、個々の要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）とその要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）を通して観察される表示要素画像上の情報の組が、要素レンズ１１ｂ分だけ表示要素画像情報特定手段２５ａにより特定されることになる。ここで、観察者が表示手段１２の中心に正対しているとき、視野の中心にある中心要素レンズ１１ａの番号を「０」とすると、０番目の中心要素レンズ１１ａから水平方向の左側に中心要素レンズ１１ａから数えてｒ番目の要素レンズ１１ｂを通して、表示要素画像の境界部分が観察されるときにその観察位置における視野の左側の端部は、ｒ個目の要素レンズ１１ｂになる。
また、観察者が表示手段１２に向かって水平方向の左側の位置Ｌ₁に動いた状態においても、前記と同様の方法で視野の左側の端部の要素レンズ１１ｂを表示要素画像情報特定手段２５ａにより特定する。観察者がＬ₁にいる場合の視野の左側の端部の要素レンズ１１ｂがｒ₂であった場合、視野の左側の端部は（ｒ−ｒ₂）個の要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）だけ右側に移動する。視野全体が同じ量だけ移動するので、結果として視野が（ｒ−ｒ₂）個の要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）だけ右側に移動することとなる。

視野移動距離算出手段２５ｂは、表示要素画像情報特定手段２５ａにより特定された移動後の観察者が観察する表示要素画像の情報（位置）と観察表示要素画像記憶手段２５ｄに記憶されている移動前の観察者が観察する表示要素画像の情報に基づいて、視野がいくつの要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）分移動したかを算出する。例えば、図３に示すように、観察者がＡ₁地点にいる場合には、視野の右側の一端は、Ｃ₁となり、観察者がＡ₀地点にいる場合の視野の右側の一端Ｃ₂と比較して要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）３個分だけ左側（図３では、下側）に移動したこととなる。

表示要素画像移動手段２５ｃは、視野移動距離算出手段２５ｂにより算出された視野が移動した要素レンズの数の分だけ、その視野の移動方向に、表示要素画像を移動させて、表示手段１２に表示する。例えば、図３に示すように、観察者の位置がＡ₀からＡ₁に移動するのに伴って視野が要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）３個分左側に移動したので、観察者がＡ₁に移動した場合に、Ｃ₀の位置に配置されている要素レンズ１１ｂを通して観察するはずである表示要素画像の情報であるＢ₁を、３個右側のＣ₂の位置に配置されている要素レンズ１１ｂを通して観察できる表示要素画像上の位置Ｂ₃へ移動させて表示手段１２に表示する。ここでは、観察位置Ａ₁に移動する場合について説明したが、観察位置が連続的に移動する場合にも、移動に伴い連続的に同様の処理をするものとする。また位置Ｃ₀、Ｃ₂に配置されている要素レンズ１１ｂについて説明したが、観察者の視野内にあるすべての要素レンズ１１ｂ（中心要素レンズ１１ａ）、表示要素画像についても同様の処理を施すものとする。
観察表示要素画像記憶手段２５ｄは、観察者が観察する表示要素画像の情報を記憶するものである。

第２の実施形態に係るＩＰ表示装置は、観察者の移動に伴って、表示手段に表示する表示要素画像を移動するので、観察者が移動しても視野の変動のない状態で立体画像を観察者は観察することができる。

（他の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態では、ＩＰ撮像装置により撮像した撮像要素画像を表示要素画像に変換して、ＩＰ表示装置の表示手段に表示したが、コンピュータにより作成した表示要素画像をＩＰ表示装置の表示手段に表示してもよい。
以下、第１の実施形態に係るＩＰ表示装置に表示する表示要素画像の作成方法について例示する。

（要素レンズ毎のレンダリング）
ＩＰをその原理通り解釈すると、各要素レンズに対向する画素をひとつの射影面とみなせ、その要素レンズ毎にカメラパラメータを変更し、レンダリングする方法が考えられる。要素レンズの中心を光軸中心とし、光軸上にカメラを置くことにより、レンダリングが可能である。

この場合、１フレームをレンダリングする際に、要素レンズ個数分のカメラパラメータの変更が生じる。要素レンズの個数を横Ｎ_x、縦Ｎ_y個としたときに、要素レンズの総数Ｎは、Ｎ＝Ｎ_x×Ｎ_yで、視点数を横Ｍ_x、縦Ｍ_yとしたときに、総視点数Ｍは、Ｍ＝Ｍ_x×Ｍ_yとなる。よって、要素レンズ毎のレンダリングでは画素数ＭのレンダリングをＮ回行う必要がある。

２つのオブジェクトがあり、この２つを描画する場合を考える。オブジェクトの実線部分をレンダリングする。視点毎のレンダリング結果を合成し、１枚のＩＰ画像を生成するには、２つの方法がある。１つ目は、ステルシルバッファで、各要素レンズをマスクしてレンダリングする方法で、２つ目は、複数のテクスチャにレンダリングして、テスクチャルックアップにより合成する方法である。ここでは、ステルシルバッファを用いたレンダリング方法について、実際のアルコリズムを示す。

（１）ステルシルバッファで描画領域をマスクする。
デルタ配列のレンズアレイでは、各要素レンズにステンシルバッファを書き込みマスクする。
（２）カメラパラメータの設定をする。
カメラ位置の設定を行う。
（３）後面レンダリング
Ｚ−Ｂｕｆｆｅｒを用いてラスタライズを行う。

（４）Ｚ−Ｂｕｆｆｅｒのクリア
いま、スクリーン前面は、スクリーン後面より必ず前にあるので、後面のレンダリングが終了した時点でＺ−Ｂｕｆｆｅｒをクリアすることにより、前面のレンダリングを問題なく行うことが可能となる。
（５）カメラパラメータ再設定
まず、カメラの向きの反転を行う。次にＺテストを通常の小さい値なら真の代わりに、大きい値なら真として設定する。さらに、射影行列に変更を加える。通常の射影行列をＳとすると、要素レンズの中心に対してＸＹ面を反転するので、新しい射影行列Ｓ’は、下記で表せる。

（６）前面レンダリング
変更したカメラパラメータと射影行列により、スクリーン面前面にある部分をレンダリングする。

また、ＩＰ撮像装置、ＩＰ表示装置の要素レンズを凸レンズとしたが、凹レンズ、屈折率分布レンズ、シリンドリカルレンズ、レンズ作用を有する光学系などであってもよい。また、要素レンズの形状を円盤状としたが、それ以外の形状、例えば、断面が正方形、長方形などの多角形、楕円形などであってもよい。
要素レンズが、屈折率分布レンズの場合には、屈折率分布レンズに傾斜を設ける。
また、シリンドリカルレンズの場合にはシリンドリカルレンズを１次元状に設ける。

また、要素レンズに対向しない表示要素画像からの光が要素レンズに入射しないように、要素レンズの境界に光学的遮蔽物を配置してもよい。かかる場合の視野は、図７に示すような視野となる。
また、要素レンズの焦点距離を同一としたが、要素レンズの焦点距離が異なっていてもよい。
また、要素レンズを同一平面上に配置したが、異なる平面上に配置してもよい。
また、複数の表示手段を異なる平面上に配置してもよい。
さらに、ハーフミラーにより複数の表示手段からの光を合成する構成としてもよい。

また、図５、図６に示すような、式（６）の関係を満たすようなＩＰ撮像装置３０とＩＰ表示装置４０であってもよい。

Ｗ_p1／Ｗ_p1’＝Ｗ_d1／Ｗ_d1’＝ｇ₁／ｇ₁’・・・（６）

ここで、Ｗ_p1はＩＰ表示装置４０の要素レンズ４１ａのレンズピッチ、Ｗ_p1’はＩＰ撮像装置３０の要素レンズ３１ａのレンズピッチを示している。また、Ｗ_d1は、ＩＰ表示装置４０の表示要素画像の水平方向の長さ、Ｗ_d1’は、ＩＰ撮像装置３０の撮像要素画像の水平方向の長さを示している。また、ｇ₁は、ＩＰ表示装置４０の要素レンズ４１ａから表示手段４２までの距離、ｇ₁’は、ＩＰ撮像装置３０の要素レンズ３１ａから撮像手段３２までの距離を示している。

なお、第１の実施形態と第２の実施形態においては、観察者がＩＰ表示装置の水平方向に移動する場合を念頭において、ＩＰ表示装置の水平方向における視域について説明したが、ＩＰ表示装置の上下方向、斜め方向についても同様のことが成り立つ。

また、第１の実施形態と第２の実施形態においては、中心要素レンズ、中心投影画像を用いて説明したが、中心要素レンズ以外の要素レンズについても、式（１）から式（３）が成立することは言うまでもない。
さらに、式（１）から式（３）が成立しなくとも、中心要素レンズ、要素レンズによって投影される中心投影要素画像、投影要素画像同士がずれるように、中心要素レンズ、要素レンズが配置され、かつ表示要素画像が表示されれば、本発明の技術的範囲に含まれる。

第１の実施形態に係るＩＰ表示装置の概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、要素レンズが円盤状である場合の視野を示した図であって、従来のＩＰ表示装置の表示要素画像より第１の実施形態に係るＩＰ表示装置の表示要素画像が大きい場合には、（ａ）は、観察者が、中心要素レンズにより表示される視域の左側で観察しているときを示し、（ｂ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察しているときを示し、（ｃ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の右側で観察しているときを示している図であり、従来のＩＰ表示装置の表示要素画像より第１の実施形態に係るＩＰ表示装置の表示要素画像が小さい場合には、（ａ）は、観察者が、中心要素レンズにより表示される視域の右側で観察しているときを示し、（ｂ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察しているときを示し、（ｃ）は、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の左側で観察しているときを示している図である。また、（ｄ）は、中心要素レンズ、要素レンズの断面が正方形である場合であって、観察者が中心要素レンズにより表示される視域の中心で観察している視野を示している図である。 第２の実施形態に係るＩＰ表示装置の概略図である。 表示要素画像移動装置のブロック図である。 他の実施形態に係るＩＰ撮像装置の概略図である。 他の実施形態に係るＩＰ表示装置の概略図である。 ＩＰ表示装置により表示される視野を示す図で、観察者が視域を移動した場合の観察者が観察することとなる視野を示している図である。 従来のＩＰ撮像装置を示す概略図である。 従来のＩＰ表示装置を示す概略図である。 従来のＩＰ表示装置における視域を示す説明図である。

符号の説明

１０，２０ ＩＰ表示装置
１１ 投影手段
１１ａ 中心要素レンズ
１１ｂ 要素レンズ
１２ 表示手段
２４ 観察者位置検出装置（観察者位置検出手段）
２５ 表示要素画像移動装置
２５ａ 表示要素画像情報特定手段
２５ｂ 視野移動距離算出手段
２５ｃ 表示要素画像移動手段
２５ｄ 観察表示要素画像記憶手段
Ａ 視野
Ｒ₀ 中心投影要素画像
Ｒ₁ 投影要素画像
ω 視域
Ω₀ 中心投影要素画像の水平方向の長さ

Claims (4)

1. 表示要素画像を表示する表示素子からなる表示手段と、当該表示要素画像を投影する複数の要素光学素子からなる投影手段とを備える立体画像表示装置であって、
   隣接する前記要素光学素子によって投影される投影要素画像同士がずれるように、前記要素光学素子と、前記表示素子とを配置したことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 表示要素画像を表示する表示手段と、当該表示要素画像を投影する複数の要素光学素子からなる投影手段とを備える立体画像表示装置であって、
   前記投影手段における所望の視野領域Ｑが決定された際に、
   前記投影手段の要素光学素子によって投影される投影要素画像の領域Ω₀よりも、観察者が前記投影手段で投影された投影要素画像から立体画像を観察可能な視域ωを大きくするために、ω＝Ω₀Ｐ／２Ｑを満たすように、
   前記要素光学素子の領域Ｐを設定したことを特徴とする立体画像表示装置。
3. 前記要素光学素子の境界に光学的遮蔽物を配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体画像表示装置。
4. 前記観察者が移動した場合に、その移動距離に応じて前記表示手段に表示する表示要素画像を切り替える立体画像表示装置であって、
   前記観察者の位置を検出する観察者位置検出手段と、
   この観察者位置検出手段により検出された観察者の位置に基づいて、前記観察者が前記要素光学素子を通して観察する前記表示要素画像中の情報を特定する表示要素画像情報特定手段と、
   この表示要素画像情報特定手段により特定された前記観察者が観察する前記表示要素画像中の情報を記憶する観察表示要素画像記憶手段と、
   前記表示要素画像情報特定手段により特定された前記観察者が移動後に観察している表示要素画像中の情報と前記観察表示要素画像記憶手段に記憶されている前記観察者が移動前に観察していた表示要素画像中の情報とに基づいて、前記視野が移動した視野移動距離を算出する視野移動距離算出手段と、
   この視野移動距離算出手段で算出された視野移動距離に基づいて、前記表示手段に表示する表示要素画像を移動させる表示要素画像移動手段と、
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置。

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