JP2007003887A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストーク、特に、超多眼方式における単眼内のクロストークの少ない良好なる運動視差や立体画像を観察することができる画像表示装置を得ること。
【解決手段】複数の画素光源を含むライン状光源を第１方向に所定の周期で複数配列し、画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、画素光源からの光束を多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する光学部材を第１方向に複数配列した光束形成手段と、画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、画像表示手段と光束形成手段との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、所定領域において、隣接する多視点画像に基づく光束の中間距離Ｈｅ、所定領域における各多視点画像に基づく光束の幅Ｈｂとの関係を適切に設定したこと。
【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、運動視差を表現するのに好適な多視点画像表示装置が知られている（非特許文献１）。

非特許文献１では、図１３に示すように、ある角度範囲に光を放射する拡散光源から成るライン状光源１０１と、光を透過する開口部と遮光する遮光部から成るスリット部材１０２を備え、ライン状光源の発光点の切り替え表示に同期して、ライン状光源とスリット部材との相対的な位置関係を変更可能にした構成を開示している。

非特許文献１の構成において、ライン状光源の発光点の切り替え表示に同期して、スリット部材のスリットとの相対的な位置を変更することにより、観察領域に形成される観察光束が時間的に多重化して、画像情報の観察視点の数を増している。
３Ｄ＿Ｉｍａｇｅ＿Ｃｏｎｆｅｒａｎｃｅ＿１９９９ 「全周型３次元動画ディスプレイ：通信・放送機構＿圓道知博」

従来の多視点画像表示装置では、拡散光源１０１とスリット部材１０２により観察領域ＯＳに形成される各視点の（各視差画像に基づく）観察光束の幅Ｈｂは、ライン光源１０１の発光点１０１ａの幅Ｈｄとスリット部材１０２の開口幅Ｈｍと観察距離Ｌによって決まる。

図１３において、観察光束の幅Ｈｂ、ライン光源１０１の発光点１０１ａの幅Ｈｄ、スリット開口幅Ｈｍ、ライン光源１０１とスリット部材１０２の間隔Ｌａを１０ｍｍ、観察距離（スリット部材１０２と観察位置ＯＳの間隔）Ｌを５００ｍｍ、Ｈｍ≒Ｈｄとすると、観察光束の幅Ｈｂはライン光源１０１の発光点１０１ａの幅Ｈｄの１００倍以上になる。

観察位置ＯＳにおいて隣接する観察視点の間隔が狭くなると、観察位置ＯＳにおいて各視点の（各視差画像に基づく）観察光束が本来分離されるべきところ重なり、クロストークが発生する。

特に観察者の瞳孔内に複数の視点の観察光束を提示する超多眼方式の画像表示装置においては、瞳孔径Ｄｅを４ｍｍとすると、図１３に示した光学系で考えると、観察光束幅ＨｂがＨｂ≦２ｍｍ、ライン光源１０１の発光部１０１ａの幅Ｈｄ≒Ｈｄ≦０．０２ｍｍ以下となり、スリット部材１０２の開口部Ｈｍで発生する回折散乱が問題となる。

本発明は、クロストーク、特に、超多眼方式における単眼内のクロストークの少ない良好なる運動視差や立体画像を観察することができる画像表示装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の画像表示装置は、
複数の画素光源を含むライン状光源を第１方向に所定の周期で複数配列し、該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する光学部材を該第１方向に複数配列した光束形成手段と、
該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
該所定領域において、隣接する多視点画像に基づく光束の中間距離をＨｅ、
該所定領域における各多視点画像に基づく光束の幅をＨｂとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｅ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
０（ｍｍ）＜Ｈｂ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記画素光源からの光束は前記第１方向に拡散する拡散光束であることを特徴としている。

請求項３の発明の画像表示装置は、
複数の画素光源を含むライン状光源を第１方向に所定の周期で複数配列し、該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する光学部材を該第１方向に複数配列した光束形成手段と、
該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
該光学部材は、
該画素光源からの光束を該第１方向に平行光束としており、
該所定領域における該第１方向の光束幅をＨｑ、
該光学部材の該第１方向の幅をＨＬとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜ＨＬ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項３の発明において、
前記所定領域において、隣接する多視点画像に基づく光束の中心間距離をＨｅとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項の発明において、
前記第１方向は水平方向であり、
前記光学部材は該水平方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ若しくはシリンドリカルミラー又は水平方向と垂直方向で屈折力が異なるトーリックレンズ若しくはトーリックミラーであることを特徴としている。

請求項６の発明の画像表示装置は、
複数の画素光源を第１方向とそれに直交する第２方向に所定の周期で複数配列したマトリックス状光源アレイと、
該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向と第２方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する第１方向と第２方向に光学作用を有する光学部材又は第１方向に光学作用を有する第１の光学部材と第２方向に光学作用を有する第２の光学部材を有する光束形成手段と、
該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向と第２方向との相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
該所定領域の第１方向において、隣接する多視点画像に基づく光束の中間距離をＨｅ、
該所定領域における各多視点画像に基づく光束の幅をＨｂとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｅ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
０（ｍｍ）＜Ｈｂ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項７の発明の画像表示装置は、
複数の画素光源を第１方向とそれに直交する第２方向に所定の周期で複数配列したマトリックス状光源アレイと、
該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向と第２方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する第１方向と第２方向に光学作用を有する光学部材又は第１方向に光学作用を有する第１の光学部材と第２方向に光学作用を有する第２の光学部材を有する光束形成手段と、
該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向と第２方向との相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
該光学部材又は該第１の光学部材は、
該画素光源からの光束を該第１方向に平行光束としており、
該所定領域における該第１方向の光束幅をＨｑ、
該光学部材の該第１方向の幅をＨＬとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜ＨＬ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項８の発明は請求項７の発明において、
前記所定領域の第１方向において、隣接する多視点画像に基づく光束の中心間距離をＨｅとするとき
０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、クロストーク、特に、超多眼方式における単眼内のクロストークの少ない良好なる運動視差や立体画像を観察することができる画像表示装置が得られる。

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,図３は各々図１の一部分の光学部材の光路の説明図である。

図１では画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置（所定領域）ＯＳに視差の異なる複数の画像（視差画像,多視点画像）を水平方向（図示のＸ方向）に分離して表示し、観察者２が観察する様子を示している。

図１の画像表示装置において１０は、複数の画素光源を含むライン状光源１１を第１方向（水平方向,Ｘ方向）に所定の周期で複数配列し、画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示するライン状光源アレイより成る画像表示手段１０である。

２０は、画素光源からの光束を多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域ＯＳに導光する光学部材２１を第１方向に複数配列した光束形成手段である。

３０は、画像表示手段１０に表示する多視点画像の切り替えを行う画像コントローラー（画像制御手段）である。

４０,５０は、画像コントローラー３０の動作に同期して画像表示手段１０と光束形成手段２０との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段である。

６０は、画像コントローラー３０,位置変更手段４０,５０の駆動を制御する中央コントローラー（中央制御手段）である。

本実施例では、これらの各手段を用いて所定領域ＯＳに導いた各多視点画像の光束の位置が各々第１の方向で異なるようにしている。

次に実施例１の各構成部材について説明する。

画素表示手段としてのライン状光源アレイ１０は、ある角度範囲に光を放射するＬＥＤなどの拡散性の光源（画素光源）を図示のＹ方向（垂直方向）に多数個並べて構成したライン状光源１１を、さらに図示のＸ方向（水平方向）に所定のピッチで複数個並べて構成している。

ライン状光源アレイ１０は、視差画像（多視点画像）を表示するための表示デバイスとして機能するものであり、画像コントローラー３０により表示状態を制御されている。

また、ライン状光源アレイ１０は、光源アレイ駆動機構４１により、図示のＸ方向に移動可能な構造となっており、これらは光源アレイ駆動コントローラー（位置変更手段）４０によって駆動状態を制御している。

光束形成手段２０は、Ｘ方向（水平方向）に屈折力が作用するシリンドリカルレンズより成る光学部材２１を図示のＸ方向に複数個並べて構成している。尚、光学部材２１はシリンドリカルミラー又はＸ方向とＹ方向とで屈折力が異なるアナモフィックレンズ若しくはアナモフィックミラー等が適用できる。

レンチキュラーレンズ２０は、ライン状光源アレイ１０の表示面側に設けられ、ライン状光源アレイ１０で表示した視差画像を、図示のＺ方向に距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳに各視差画像に基づく観察光束を形成する。

図２により、レンチキュラーレンズ２０を構成するシリンドリカルレンズ２１の光学作用を説明する。

シリンドリカルレンズ２１はライン状光源１１の発光部１１ａの像を観察位置ＯＳに結像する。

このときライン状光源１１の発光部１１ａのＸ方向の幅をＨｄとすると、距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳにＸ方向に幅がＨｂの像（観察光束）を形成する。結像倍率はＨｂ／Ｈｄである。

次に各部材を駆動制御する制御手段について説明する。

レンチキュラーレンズ２０は、レンズ駆動機構５１により、図１に示すＸ方向に移動可能な構造となっており、これらはレンズ駆動コントローラー（位置変更手段）５０によって駆動状態を制御している。

さらに、画像コントローラー３０と光源アレイ駆動コントローラー（位置変更手段）４０とレンズ駆動コントローラー５０による制御は、中央コントローラー（中央制御手段）６０により行なわれ、ライン状光源アレイ１０およびレンチキュラーレンズ２０を移動させた位置に合わせて、表示する視差画像を切り替えるようにしている。

次に中央制御手段６０による各制御について図３を用いて説明する。

図３は観察位置ＯＳでの観察光の時間多重として、時間がｔ１、ｔ２、ｔ３へと順次変化したときの各構成部材１０,２０と観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の位置関係を示している。

図中、時間ｔ１における各構成部材１０，２０は、斜線ハッチング、および、光路を一点差線で示し、時間ｔ２における各構成部材は１０，２０は、横線ハッチング、および、光路を実線で示し、時間ｔ３における各構成部材１０，２０は、交線ハッチング、および、光路を破線で示している。

ライン状光源アレイ１０の位置１０ｔ１〜１０ｔ３は、光源アレイ駆動機構４１により、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更され、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更される。

以下、同様にｎを１以上の整数として、時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」毎に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更される。

これに対応してレンチキュラーレンズ２０の位置２０ｔ１〜２０ｔ３は、レンズ駆動機構５１により、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更され、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更される。

以下、同様に時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」毎に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更される。

この時、画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳに形成される各視差画像の観察光束Ｒ１ｔ〜Ｒｔ３の位置１０ｔ１ａ〜１０ｔ３ａは、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅ移動し、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅ移動する。

以下、同様に時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」（ｎは１以上の整数）毎に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅずれた位置に形成される。ここで、距離Ｈｅは観察位置ＯＳにおける隣接する観察光束Ｒ１ｔ〜Ｒｔ３の間隔となる。

上述した工程を観察者の眼Ｅの残像効果が得られる程度の速度で駆動させて、観察領域ＯＳに形成される観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３が時間的に多重化され、結果として観察視点の数を増している。

超多眼立体視の条件としては図３に示すように観察者の眼球Ｅの瞳孔径（２〜６ｍｍ）Ｄｅに対して、Ｄｅ＞Ｈｅとすると、片方の眼Ｅには２つ以上の視差画像に関する光束が入射し、視差画像が認識される超多眼立体視の状態になる。

本実施例では
０（ｍｍ）＜Ｈｅ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
となるようにしている。

次に観察位置ＯＳにおける視差画像の輝度分布を説明する。

図４は、画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳの各時間における観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３を示す説明図である。横軸が観察位置ＯＳのＸ軸方向、縦軸が輝度である。図示のように時間Δｔ間に形成される各観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３は釣鐘形状となっている。

ここで、ライン状光源アレイ１０を構成している各拡散光源が、観察可能な角度（視野角）範囲において一様に光を放射する場合には、観察位置ＯＳにおいても一様な光量分布となるので図４の点線で示すように輝度分布は矩形形状となる。

しかし、実施例１で用いているＬＥＤなどの拡散光源では、一般的に光源の正面に放射する光が周辺に放射するものよりも強い指向性を有しているため、観察位置ＯＳにおける輝度分布は釣鐘形状となる。

観察位置ＯＳにおいて、隣接する観察光束（Ｒｔ１とＲｔ２）の形成間隔（中心間距離）をＨｅ、輝度分布ｓｔの最大幅をＨｂとした場合、図４に示すようにＨｂ＞Ｈｅとすると、図の斜線ハッチング部ｃｔで示すように隣接する観察光束（Ｒｔ１とＲｔ２）が重なり、この結果、クロストークｃｔが発生する。

そこで本実施例ではクロストークの調整を次のようにして行なっている。図４に示すクロストークｃｔの量は、図２で説明したシリンドリカルレンズ２１の倍率（Ｈｂ／Ｈｄ）の設定により決まる。

従来例のようにスリットを用いるものは、スリットの開口部の開口率の設定により決まるが、回折散乱による不具合が生じるので、スリットの開口部の幅を小さくすることには限界がある。

これに対して本実施例では、シリンドリカルレンズ２１の倍率を設定する際に制約が無く自由度が高い。このため発生するクロストークｃｔを適当な量に設定することができる。

観察位置ＯＳにおける視差画像の輝度分布のバリエーションについて図５を用いて説明する。

図５は、画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳにおける、隣接する観察光束の形成間隔をＨｅ、輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３の最大幅をＨｂとしたときの大小関係を示した説明図である。

図５（ａ）は、Ｈｂ＜Ｈｅの場合である。隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）にはクロストークが発生せず、隣接する観察光束の境界は、Ｈｂ−Ｈｅの幅ΔＨの観察光束が存在しない暗部となる。

この時、瞳孔径Ｄｅに対して、Ｄｅ＜Ｈｅとすると、幅Ｈｂの明光と幅ΔＨ＝Ｈｂ−Ｈｅの暗部が交互に並び、図１のＸ方向に移動する観察者には、これらが明暗の縞として観察されるので、良好な画像を見ることは困難である。

しかし、Ｄｅ＞Ｈｅとする超多眼立体視の状態では、図１のＸ方向に移動する観察者には、常に観察光束が視認されるので、このような不具合は低減される。

図５（ｂ）は、Ｈｂ＝Ｈｅの場合である。隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）にはクロストークが発生せず、図５（ａ）のような幅ΔＨ＝Ｈｂ−Ｈｅの暗部は存在しない。

本実施例のように輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３が釣鐘形状の場合には、隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）の境界は輝度が低い領域となり、Ｄｅ＜Ｈｅとすると、図１のＸ方向に移動する観察者には、輝度の高い領域と低い領域が交互に並び、これらが明暗の縞として観察される。

しかし、Ｄｅ＞Ｈｅとする超多眼立体視の状態では、図５（ａ）の時と同様に、図１のＸ方向に移動する観察者には、常に観察光束が視認されるので、このような不具合は低減される。

一方、図４で説明したように、ライン状光源アレイ１０を構成している拡散光源が、観察可能な角度（視野角）範囲において一様に光を放射する場合には、輝度分布（ｓｔ１〜ｓｔ３）は矩形形状となるので、隣接する観察光束の境界に輝度の低い領域が無く、明暗の縞は観察されない。

この場合、瞳孔径Ｄｅと距離Ｈｅの大小関係にかかわらず、観察者には輝度斑の無い良好な画像が観察される。

図５（ｃ）は、Ｈｂ＞Ｈｅの場合である。図の斜線ハッチング部で示すように隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）が重なりクロストークｃｔが発生する。

クロストーク領域ｃｔの輝度は、隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）の輝度の和となり、図５（ｃ）の点線で表されるものとなる。

本実施例のように輝度分布（ｓｔ１〜ｓｔ３）が釣鐘形状の場合には、隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）の境界の輝度斑が低減され、観察者には輝度斑の少ない画像が観察される。

図５（ｄ）は、Ｈｂ＝２Ｈｅの場合である。図の斜線ハッチング部で示すように１つ隣の観察光束（Ｒｔ１とＲｔ２）が重なりクロストークｃｔが発生するが、２つ隣の観察光束（Ｒｔ１とＲｔ３）によるクロストークを発生させない。

以上から、隣接する観察光束（Ｒｔ１〜Ｒｔ３）の観察位置ＯＳでの形成間隔をＨｅ、輝度分布（ｓｔ１〜ｓｔ３）の最大幅をＨｂとしたときの双方の関係としては、０（ｍｍ）＜Ｈｂ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）の範囲に設定するのが好ましい。さらに、観察者の瞳孔径をＤｅ（２ｍｍ〜６ｍｍ）として、０＜Ｈｅ＜Ｄｅとすると超多眼立体視の状態に良好に設定することができる。

尚、本実施例においては、透過型の光学素子であるシリンドリカルレンズ２１を用いたが、反射型の光学素子であるシリンドリカルミラーを用いることも可能である。この場合、観察位置ＯＳはシリンドリカルミラーの反射面側に形成される。

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６は画像表示装置から距離Ｌだけ離れた観察位置に視差の異なる複数の画像を水平方向（図示のＸ方向）に分離して表示する様子を示している。図１と同じ番号を付した構成部材は、同じ機能を有するものである。

図６の画像表示装置１の構成は、図１に比べてライン状光源７１の光束の出射状態と、光束形成手段２０を構成する光学部材２１の光学作用が異なっている。

図６において、画像表示装置１は、ライン状光源アレイ７０と、レンチキュラーレンズ２０と、画像コントローラー３０と、光源アレイ駆動コントローラー４０と、レンズ駆動コントローラー５０と、中央コントローラー６０を主要な構成要件としている。

ライン状光源アレイ７０は、平行光束を射出するＬＤなどの画素光源を図示のＹ方向（垂直方向）に多数個並べて構成したライン状光源７１を、さらに図示のＸ方向（水平方向）に複数個並べて構成されている。

レンチキュラーレンズ２０を構成するシリンドリカルレンズ２１は、ライン状光源アレイ７０の表示面側に設けられ、ライン状光源アレイ７０で表示した視差画像に基づく光束を偏向し、距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳに観察光束を形成する。

図７は図６のシリンドリカルレンズ２１による光学作用の説明図である。

ライン状光源７１の発光部７１ａのＸ方向の幅をＨｐ、シリンドリカルレンズ２１のＸ方向の幅をＨＬ、画像表示装置１より距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳに形成される観察光束ＲｔのＸ方向の幅をＨｑ、幅ＨＬは幅Ｈｐに対して十分に大きいとする時、ライン状光源７１から射出された幅Ｈｐの平行光束は、幅ＨＬのシリンドリカルレンズ２１によって偏向され、距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳにＸ方向の幅がＨｑ＝Ｈｐの観察光束を形成する。

観察位置ＯＳにおける観察光束Ｒｔの幅Ｈｑは、従来例ではスリットのスリット開口部の開口率で決まり、実施例１ではシリンドリカルレンズ２１の倍率（Ｈｂ／Ｈｄ）の設定により決まる。

これに対して実施例２ではライン状光源７１の発光部７１ａのＸ方向の幅Ｈｐで決まる。

実施例２においては、観察光束Ｒｔの幅Ｈｑがライン状光源７１の発光部７１ａの幅Ｈｐよりも大きくならないので、観察者の片方の眼に瞳孔径Ｄｅよりも小さい幅の光束を２つ以上入射させる超多眼立体視の状態を実現するのに有効である。

また、観察光束Ｒｔが平行光束なので焦点深度が深く、観察者が観察位置ＯＳから図６のＺ方向に動いた場合においても良好に画像を観察することができる。

ライン状光源アレイ７０は、視差画像を表示するための表示デバイス（画像表示手段）として機能するものであり、画像コントローラー３０により表示状態を制御している。

また、ライン状光源アレイ７０は、光源アレイ駆動機構４１により、図６のＸ方向に移動可能な構造となっており、これらは光源アレイ駆動コントローラー４０によって駆動状態を制御している。

レンチキュラーレンズ２０は、レンズ駆動機構５１により、図６のＸ方向に移動可能な構造となっており、これらはレンズ駆動コントローラー５０によって駆動状態を制御している。

さらに、画像コントローラー３０と光源アレイ駆動コントローラー４０とレンズ駆動コントローラー５０による制御は、中央コントローラー６０により行なわれ、ライン状光源アレイ７０およびレンチキュラーレンズ２０を移動させた位置に合わせて、表示する視差画像を切り替えるようにしている。

図８は観察視点ＯＳでの観察光の時間多重として、時間がｔ１、ｔ２、ｔ３へと順次変化したときの各構成部材７０，２０と観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の位置関係を示した説明図である。

実施例１と同様に、図中、時間ｔ１における各構成部材７０，２０は、斜線ハッチング、および光路を一点差線で示し、時間ｔ２における各構成部材７０，２０は、横線ハッチング、および、光路を実線で示し、時間ｔ３における各構成部材７０，２０は、交線ハッチング、および、光路を破線で示している。

ライン状光源アレイ７０の位置７０ｔ１〜７０ｔ３は、光源アレイ駆動機構４１により、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更され、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更される。

以下、同様に時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」毎に図示のＸ軸の正方向にΔｄ変更される。

レンチキュラーレンズ２０の位置２０ｔ１〜２０ｔ３は、レンズ駆動機構５１により、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更され、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更される。

以下、同様に時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」毎に図示のＸ軸の正方向にΔＬ変更される。

この時、画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳに形成される各視差画像の観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の位置７０ｔ１ａ〜７０ｔ３ａは、時間「ｔ２−ｔ１＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅ移動し、同様に時間「ｔ３−ｔ２＝Δｔ」の間に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅ移動する。

以下、同様に時間「ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＝Δｔ」（ｎは１以上の整数）毎に図示のＸ軸の負方向に距離Ｈｅずれた位置に形成される。

ここで、距離Ｈｅは観察位置ＯＳにおける隣接する観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の間隔である。

上述した工程を観察者の眼Ｅの残像効果が得られる程度の速度で駆動させて、観察領域ＯＳに形成される観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３が時間的に多重化され、結果として観察視点の数を増している。

超多眼立体視の条件としては、図８に示すように観察者の眼球Ｅの瞳孔径Ｄｅ（２ｍｍ〜６ｍｍ）に対して、Ｄｅ＞Ｈｅとすると、片方の眼Ｅには２つ以上の視差画像に関する光束が入射し、視差画像が認識される超多眼立体視の状態になる。

次に観察位置ＯＳにおける視差画像の輝度分布を説明する。

図９は、画像表示装置１から距離Ｌだけ離れた観察位置ＯＳの各時間における観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３を示す説明図である。図示のように時間Δｔ間に形成される各観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の輝度分布ｓｔ１〜ｓｔ３は矩形形状となっている。

観察位置ＯＳにおいて、隣接する観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の形成間隔をＨｅ、輝度分布ｓｔの最大幅をＨｑとした場合、図９に示すようにＨｑ＞Ｈｅとすると、図の斜線ハッチング部ｃｔで示すように隣接する観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３が重なりクロストークｃｔが発生する。

そこで本実施例ではクロストークの調整を次のようにして行なっている。図９に示すクロストークｃｔの量は、隣接する観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の形成間隔Ｈｅと、観察光束の幅Ｈｑとの関係で決まる。

実施例２においては、観察光束Ｒｔの幅Ｈｑを光源７１の発光部７１ａの幅Ｈｐよりも小さくすることができる。

図１０は観察位置ＯＳにおける観察光束Ｒｔの幅Ｈｑを光源７１ａの発光部７１ａの幅Ｈｐよりも小さくする一例である。

ライン状光源７１の観察面側に、幅Ｈｐよりも小さな幅のスリット形状の開口部を有するスリット遮光部材８０を設けることにより、観察光束Ｒｔの幅Ｈｑを幅Ｈｐよりも小さくすること、即ちＨｑ＜Ｈｐとすることが可能である。

このように実施例２においては、ライン状光源７１の観察面側に、スリット遮光部材８０を設けることにより、発生するクロストークを適当な量に設定している。

クロストークの設定おいては、実施例１と同様に、隣接する観察光束Ｒｔ１〜Ｒｔ３の観察位置ＯＳでの形成間隔Ｈｅ、輝度分布ｓｔの最大幅をＨｑとして、０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）≦２Ｈｅの範囲に設定するのが好ましい。

さらに、観察者の瞳孔径をＤｅとして、０＜Ｈｅ＜Ｄｅ（２〜６ｍｍ）とすると、超多眼立体視の状態に良好に設定することができる。

図１１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１と同じ番号を付した構成部材は、実施例１で説明したものと同じ機能を有するものである。

実施例１，２は、水平方向（図示のＸ方向）に視差の異なる画像を分離して表示していた。これに対して実施例３では水平方向に加えて垂直方向（図示のＹ方向）にも視差の異なる画像を分離して表示することが実施例１，２と異なっている。

図１１の画像表示装置の構成は、マトリックス状光源アレイ９０と、マイクロレンズアレイ１００と、画像コントローラー３０と、光源アレイ駆動コントローラー４０と、レンズ駆動コントローラー５０と、中央コントローラー６０を主要な構成要件としている。

マトリックス状光源アレイ９０は、ある角度範囲に光を放射するＬＥＤなどの拡散光源を図示のＸＹ方向に多数個並べて構成されている。

マトリックス状光源アレイ９０は、視差画像を表示するための表示デバイスとして機能するものであり、画像コントローラー３０により表示状態を制御している。

また、マトリックス状光源アレイ９０は、光源アレイ駆動機構４１により、図示のＸ方向に移動可能、又は／及び光源アレイ駆動機構４２により、Ｙ方向に移動可能な構造となっている。さらに、これらは光源アレイ駆動コントローラー４０によって駆動状態を制御されている。

マイクロレンズアレイ１００は、Ｘ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）の光学作用が異なるトロイダルレンズ１０１を図示のＸＹ方向に複数個並べて構成されている。

マイクロレンズアレイ１００は、マトリックス状光源アレイ９０の表示面側（光出射側）に設けられ、マトリックス状光源アレイ９０に表示した視差画像を、図示のＺ方向に距離Ｌ離れた観察位置ＯＳに各視差画像の観察光束を形成する。

マイクロレンズアレイ１００を構成するトロイダルレンズ１０１はＸ方向（水平方向）については、図２で説明したものと同様に、マトリックス状光源アレイ９０の発光部のＸ方向幅をＨｄとするとき、距離Ｌ離れた観察位置ＯＳにＸ方向に幅Ｈｂの観察光束を形成する。結像倍率はＨｂ／Ｈｄである。

また、Ｙ方向（垂直方向）についても同様に、マトリックス状光源アレイ９０の発光部のＹ方向幅をＨｄとすると、距離Ｌ離れた観察位置ＯＳにＹ方向に幅Ｈｂの観察光束を形成する。結像倍率はＨｂ／Ｈｄである。

次に各部材の駆動制御について説明する。

図１１に示すように、マイクロレンズアレイ１００は、レンズ駆動機構５１により、図示のＸ方向に移動可能である。また、レンズ駆動機構５２により、Ｙ方向にも移動可能な構造となっている。さらに、これらはレンズ駆動コントローラー５０によって駆動状態を制御されている。

画像コントローラー３０と光源アレイ駆動コントローラー４０とレンズ駆動コントローラー５０による制御の状態は、中央コントローラー６０により認識され、マトリックス状光源アレイ９０およびマイクロレンズアレイ１００を移動させた位置に合わせて、表示する視差画像を切り替えるようになっている。

次に観察視点ＯＳでの観察光の時間多重について説明する。

Ｘ方向（水平方向）については、図３で説明したものと同様の手法により、時間的に多重化された多視点画像を観察領域に形成することができる。
また、Ｙ方向（垂直方向）についても同様の手法を用いることにより、時間的に多重化された多視点画像を観察領域ＯＳに形成することができる。

実施例３においては、マトリックス状光源アレイ９０を構成する光源として、ＬＥＤなどの拡散光源を用いて説明したが、実施例２で用いた、ＬＤなどの平行光束を射出する光源を用いても良い。

尚、本実施例においては、透過型の光学素子であるトロイダルレンズ１０１を用いたが、反射型の光学素子であるトロイダルミラーを用いることも可能である。この場合、観察位置ＯＳはトロイダルミラーの反射面側に形成される。

また、トロイダルレンズ１０１から成るマイクロレンズアレイ１００の替わりに、図１２に示すような２枚のレンチキュラーレンズを用いても良い。

図中、レンチキュラーレンズ２０は実施例１で説明したものと同じものであり、レンチキュラーレンズ１１０は、Ｙ方向（垂直方向）に光学作用するシリンドリカルレンズ１１１を図示のＹ方向に複数個並べて構成されている。レンチキュラーレンズ１１０のＹ方向の光学作用は、図２で説明したレンチキュラーレンズ２０のＸ方向の光学作用をＹ方向に置き換えたものである。また、レンチキュラーレンズ１１０は、レンズ駆動機構５２により、図示のＹ方向に移動可能な構造となっている。

以上説明したように、各実施例の画像表示装置によれば、観察領域（位置）ＯＳに形成される観察光束Ｒｔを時間的に多重化して観察視点の数を増すとき、クロストーク（特に超多眼方式における単眼内クロストーク）を少なくすることができる。

本発明の実施例１の要部概略図 図１の一部分の光学部材の光路の説明図 図１の一部分の光学部材の光路の説明図 図１の観察位置における多視点画像の輝度分布の説明図 図１の観察位置における多視点画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の一部分の光学部材の光路の説明図 図６の一部分の光学部材の光路の説明図 図６の観察位置における多視点画像の輝度分布の説明図 図６の一部を変更したときの光路の説明図 本発明の実施例３の要部概略図 図１１の一部を変更したときの説明図 従来の多視点画像表示装置の一部分の説明図

符号の説明

１ 画像表示装置
１０，７０ ライン状光源アレイ
１１，７１ ライン状光源
２０ 光束制限手段（レンチキュラーレンズ）
２１ 光学部材（シリンドリカルレンズ）
３０ 画像コントローラー
４０ ライン状光源アレイ駆動コントローラー
４１ ライン状光源アレイ駆動機構
５０ レンチキュラーレンズ駆動コントローラー
５１ レンチキュラーレンズ駆動機構
６０ 中央制御手段
ＯＳ 観察領域
９０ マトリックス状光源アレイ
１００ マイクロレンズアレイ
１０１ トロイダルレンズ
１１０ レンチキュラーレンズ
１１１ シリンドリカルレンズ

Claims (8)

1. 複数の画素光源を含むライン状光源を第１方向に所定の周期で複数配列し、該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
   該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する光学部材を該第１方向に複数配列した光束形成手段と、
   該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
   該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
   該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
   該所定領域において、隣接する多視点画像に基づく光束の中間距離をＨｅ、
   該所定領域における各多視点画像に基づく光束の幅をＨｂとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｅ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
   ０（ｍｍ）＜Ｈｂ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画素光源からの光束は前記第１方向に拡散する拡散光束であることを特徴とする請求項１の画像表示装置。
3. 複数の画素光源を含むライン状光源を第１方向に所定の周期で複数配列し、該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
   該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する光学部材を該第１方向に複数配列した光束形成手段と、
   該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
   該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向の相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
   該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
   該光学部材は、
   該画素光源からの光束を該第１方向に平行光束としており、
   該所定領域における該第１方向の光束幅をＨｑ、
   該光学部材の該第１方向の幅をＨＬとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜ＨＬ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
4. 前記所定領域において、隣接する多視点画像に基づく光束の中心間距離をＨｅとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項３の画像表示装置。
5. 前記第１方向は水平方向であり、
   前記光学部材は該水平方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ若しくはシリンドリカルミラー又は水平方向と垂直方向で屈折力が異なるトーリックレンズ若しくはトーリックミラーであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の画像表示装置。
6. 複数の画素光源を第１方向とそれに直交する第２方向に所定の周期で複数配列したマトリックス状光源アレイと、
   該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向と第２方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
   該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する第１方向と第２方向に光学作用を有する光学部材又は第１方向に光学作用を有する第１の光学部材と第２方向に光学作用を有する第２の光学部材を有する光束形成手段と、
   該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
   該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向と第２方向との相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
   該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
   該所定領域の第１方向において、隣接する多視点画像に基づく光束の中間距離をＨｅ、
   該所定領域における各多視点画像に基づく光束の幅をＨｂとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｅ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
   ０（ｍｍ）＜Ｈｂ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
7. 複数の画素光源を第１方向とそれに直交する第２方向に所定の周期で複数配列したマトリックス状光源アレイと、
   該画素光源の動作を制御して多視点画像を第１方向と第２方向に順次切り替えて表示する画像表示手段と、
   該画素光源からの光束を該多視点画像毎にまとまった光束として、所定領域に導光する第１方向と第２方向に光学作用を有する光学部材又は第１方向に光学作用を有する第１の光学部材と第２方向に光学作用を有する第２の光学部材を有する光束形成手段と、
   該画像表示手段に表示する多視点画像の切り替えに同期して、
   該画像表示手段と該光束形成手段との第１方向と第２方向との相対位置を変化させる位置変更手段とを有し、
   該所定領域に導いた各多視点画像の光束の位置が各々異なる画像表示装置において、
   該光学部材又は該第１の光学部材は、
   該画素光源からの光束を該第１方向に平行光束としており、
   該所定領域における該第１方向の光束幅をＨｑ、
   該光学部材の該第１方向の幅をＨＬとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜２〜６（ｍｍ）
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）＜ＨＬ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
8. 前記所定領域の第１方向において、隣接する多視点画像に基づく光束の中心間距離をＨｅとするとき
   ０（ｍｍ）＜Ｈｑ（ｍｍ）≦２×Ｈｅ（ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項７の画像表示装置。

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