JP2014115447A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視差画像の画質の劣化を防止して立体視が可能な画像表示装置を提供するにある。
【解決手段】画像表示装置においては、複数の視差画像成分を生成する光線が画像表示部に向けて投射され、画像表示部内で入射光線の射出角度が変更される。この出射光線は、画像表示部内で視差画像成分を分離するレンチキュラーレンズに入射されてこの光線に含まれる視差画像成分が分離されて観察者側に投影される。このレンチキュラーレンズは、複数個のシリンドリカルレンズ要素が配列されて構成され、互いに隣接するシリンドリカルレンズ要素の間に境界を有している。複数の視差画像成分を生成する光線がレンチキュラーレンズの境界を除くシリンドリカルレンズ要素の領域を通過して観察者側に投影されている。
【選択図】図２

Description

実施形態は、画像表示装置に関する。

画像表示装置として動画表示が可能な３次元映像表示装置、所謂、３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用のメガネ等を必要としない方式が強く要望されている。この専用のメガネを必要としないタイプの３次元映像表示装置の一つには、直視型或いは投影型の液晶表示装置又はプラズマ表示装置等のように画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に光線制御素子が設置され、表示パネルからの光線が制御されて観察者に向けられる方式がある。ここで、光線制御素子は、光線制御素子上の同一位置を観察しても、観察する角度により異なる映像が立体視できるような機能を与えている。

このような光線制御素子を用いた３次元画像表示方式は、視差（異なる方向から見ることによる見え方の差）の数や設計指針によって、２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラル・イメージング（以下、ＩＩとも云う）式等に分類される。２眼式は、両眼視差に基づいて立体視させているが、それ以外の方式は、程度の差はあれ運動視差を実現することができることから、２眼式の立体映像と区別して３次元映像と呼ばれる。これらの３次元映像を表示するための基本的な原理は、１００年程度前に発明され３次元写真に応用されるインテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）の原理と実質的に同一である。

このように複数の方向に対してそれぞれの視差画像を表示させ、立体視を可能にする画像表示装置においては、レンチキュラーレンズに画像を投射する方式がある。この方式では、レンチキュラーレンズを形成する個々のシリンドリカルレンズに入射した光線がその入射位置に応じて、それぞれ異なる方向に偏向出射されることを利用して観察者に立体視させている。即ち、画像投射器からレンチキュラーレンズに投射される投射画像には、複数の視差画像が含まれ、この複数の視差画像がレンチキュラーレンズを介して各方向に偏向出射されることによって、それぞれの方向に出射する光線毎に、視差画像を表示させることができ、結果として、観察者に立体視させている。

このレンチキュラーレンズ方式においては、レンチキュラーレンズは、投射画像から視差画像を夫々分離する役割を果たしている。通常、画像投射器から拡大投射して画像を表示する場合、レンチキュラーレンズに入射する光線は、拡散光線となり、中央部に入射される光線と周辺部に入射される光線では、入射角度が異なってレンチキュラーレンズに入射される。そのため、レンチキュラーレンズから出射される光線の偏向角度も画面の中央部と周辺部で異なり、観測者に対して視差画像の全体が表示できずに立体視が損なわれる問題がある。このような問題に対して、画像投射器とレンチキュラーレンズの間に凸レンズ機能を有するフレネルレンズが設けられ、投射光線が平行化（コリメート）されてレンチキュラーレンズに入射される方式が知られている。

特開平８−０５９５７号公報

一般にフレネルレンズは、凸レンズ面が同心円状に分離された複数の帯状領域を有するように形成され、レンズ面が不連続になる帯状領域の境界には、段差が形成されている。レンズとしてある程度以上の面積が必要とされ、レンズに凸レンズ機能が与えられる場合、通常、ガラスや光学的樹脂製の凸レンズでは、製作精度および重量上の取り扱いが難しくなることから、樹脂製のフレネルレンズが一般的に用いられている。

３次元画像表示方式では、視差画像を与える光線は、このフレネルレンズの連続面だけでなく、段差部分にも入射される。しかし、段差部分に入射された光線は、この段差で散乱され、所望の角度でレンチキュラーレンズに入射されなくなる問題がある。段差で散乱される光線は、上下方向に向けられる散乱光線は、画像上のノイズとなるに対して、視差分離方向においては、この散乱光線が他の視差画像に混入され、表示される視差画像の画質が劣化される問題がある。

上述したように、立体視を損なわないようにするために、画像投射器とレンチキュラーレンズ等の視差分離素子との間に光線角度を変更するフレネルレンズを設けている光学システムでは、段差部分が投射光線を散乱させ、その結果として視差画像の画質が劣化される問題がある。

実施形態は、このような事情を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、視差画像の画質の劣化を防止して立体視が可能な画像表示装置を提供するにある。

実施形態に係る画像表示装置においては、光線投射手段によって複数の視差画像成分を含む光線が光線角度変更手段に向けて投射され、この投射光線が光線角度変更手段に入射される。光線角度変更手段は、この入射光線を屈折して前記投射光線を略平行化するように、射出角度を変更して出射する。この光線角度変更手段から出射光線が視差分離手段に入射されてこの光線に含まれる前記視差画像成分に応じた角度でこの視差画像成分が分離されて観察者側に投影される。視差分離手段は、レンチキュラーレンズを具備し、このレンチキュラーレンズは、複数個のシリンドリカルレンズ要素が配列されて構成され、互いに隣接するシリンドリカルレンズ要素の間に境界を有している。前記複数の視差画像成分を生成する光線が前記境界を除く前記シリンドリカルレンズ要素の領域を通過して観察領域側に投影されて立体画像を立体視可能としている。

（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施態様に係る画像表示装置の光学構成を概略的に示している水平面内における上面図及び垂直面内における側面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１に示される一体レンズの構造を概略的に示している水平面内における上面図、垂直面内における側面図及び背面側平面図である。 第１の実施例に係る画像パターンが図１に示される一体レンズの構造に投射され、一体レンズから観察者の側に光線が射出されている光学系の光線軌跡を概略的に示す説明図である。 図３に示される画像パターンを作成する工程を示すフローチャートである。 第２の実施例に係る画像パターンが図１に示される一体レンズの構造に投射され、一体レンズから観察者の側に光線が射出されている光学系の光線軌跡を概略的に示す説明図である。 図５に示される画像パターンを作成する工程を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第３の実施態様に係る画像表示装置の一体レンズの構造を概略的に示している水平面内における上面図、垂直面内における側面図及び背面側平面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第４の実施態様に係る画像表示装置の一体レンズの構造を概略的に示している水平面内における上面図、垂直面内における側面図及び背面側平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示される第１の実施態様に係る画像表示装置及び図８に示される第４の実施態様に係る画像表示装置における光線軌跡及び観測可能な範囲を比較して示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第５の実施態様に係る画像表示装置の光学構成を概略的に示している水平面内における上面図及び垂直面内における側面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１０に示される画像表示装置の一体レンズの構造を概略的に示している水平面内における上面図、垂直面内における側面図及び背面側平面図である。 図１０に示される画像表示装置の一体レンズの構造を概略的に示している斜視図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第６の実施例に係る画像表示装置の一体レンズの構造を概略的に示している水平面内における上面図、垂直面内における側面図及び背面側平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第７の実施例に係る画像表示装置を概略的に示している水平面内における上面図及び垂直面内における側面図である。 第７の実施の形態に係る光学系における投射画素と第１のレンチキュラーレンズとの水平視差面内の光線軌跡を概略的に示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、視差番号で示される２次元投射画素（視差画像成分）が第１のレンチキュラーレンズの背面側に投影された平面配置を示す説明図であり、第１のレンチキュラーレンズと第２のレンチキュラーレンズとの配置関係を示す説明図及び第２のレンチキュラーレンズ１１０４から観察者側前方に出射される２次元投射画素（視差画像成分）の投影方向を示す説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第８の実施例に係る画像表示装置を概略的に示している水平面内における上面図及び垂直面内における側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第９の実施例に係る画像表示装置を概略的に示している水平面内における上面図及び垂直面内における側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施例に係る画像表示装置を概略的に示している水平面内における上面図及び側面図である。

以下、実施形態に係る画像表示装置について、図面を参照して説明する。

尚、この明細書において、水平及び垂直は、観察者２の両眼を基準とするものであって、厳格に定められる水平並びに垂直を意味しないことに注意されたい。即ち、両眼が配置されている視野及びこの視野に略平行な面が水平面（水平視野）と定義され、この水平面に略直交する面が垂直面（垂直視野）と定義されることに注意されたい。また、この明細書において、画像表示部１０２を基準として観察者２の側を前方と定義し、映像投射器１０１の側を背面側と定義していることにも注意されたい。また、画像表示部１０２の前方には、観察者２が画像表示装置１０２で表示される立体画像を観察可能な観察領域が設定される。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び（ｂ）には、第１の実施の形態に係る画像表示装置における水平視野内及び垂直視野内の光学系の構成が示されている。この図１（ａ）では、観察者２の両眼が描かれて水平視野内（水平面内）の光学系であることが示され、また、図１（ｂ）には、観察者２の片眼が描かれて垂直視野内（垂直面内）の光学系であることが示されている。ここで、観察者２は、画像表示部１０２の前方に位置してこの画像表示部１０２を観察し、画像表示部１０２に表示される画像を立体視することができる。

画像表示部１０２の背面側には、画像投射器１０１が配置され、この画像投射器１０１から画像が画像表示部１０２に投射（投影）され、この投射（投影）画像が立体画像（３次元画像）として観測される。ここで、画像表示部１０２は、一体レンズ１０３及び拡散板１０４から構成され、一体レンズ１０３によって画像表示部１０２に投射された画像に含まれる投射光線を水平視野内において略平行化（コリメート）し、投射画像に含まれる視差画像成分を分離して拡散板１０４に投影している。ここで、略平行化とは、投射光線を厳密に平行として拡散板１０４に入射させる場合に限らず、僅かに拡大された投射画像が投影されるように、僅かに発散性を有して拡散板１０４に入射されても良く、或いは、僅かに縮小された投射画像が投影されるように、僅かに収束性を有して拡散板１０４に入射されても良い。このように視差画像を拡散板１０４に表示させることで、観測者は、拡散板１０４の前方或いは背面側に立体画像を認識することができる。

ここで、観察者に立体視させる為の画像は、ある基準面に配置された多数のカメラで被写体が撮影され、多数のカメラからの複数の視差画像が編集されて生成される。また、レンダリングで作成された画像から演算によって複数視点の視差画像が作成され、この視差画像が編集されて観察者に立体視させる為の画像が生成されても良い。視差画像の編集に当たっては、視差画像から視差画像成分（視差画像セグメント）が取り出され、この視差画像成分が組み合わせて観察者に立体視させる為の画像が生成され、この画像が画像表示部１０２に表示される。従って、視差画像成分は、１つのカメラで撮影された視差画像から取り出された画像成分或いは画像セグメントに相当し、水平方向のみに立体視を与える表示にあっては、視差画像から短冊状に切り出された短冊状の画像セグメントに相当している。

図１（ａ）及び（ｂ）は、水平視野内のみで視差（水平視差）を与える光学系を示し、また、以下の説明においても、水平視野内において、水平視差を与える画像表示装置の実施の形態について説明している。しかし、水平視野内のみならず垂直視野内においても、垂直視差を与えることができる画像表示装置の実施の形態にあっても、水平視差を与える光学系を垂直視野内の光学系に適用することによって容易に実現することができる。より具体的には、水平並びに垂直視野内で視差（水平視差及び垂直視差）を与える場合には、投射画像には、水平並びに垂直視野内で視差を与える視差画像が画像投射器１０１から一体レンズ１０３に向けて射出され、一体レンズ１０３において、垂直並びに水平視野内において、投影光線が平行化（コリメート）されて投射画像に含まれる水平視差及び垂直視差を与える視差画像が分離されて拡散板１０４に投影される。同様に、以下の説明では、水平並びに垂直視野内においても視差を与えることができる画像表示装置の実施の形態を含むものと理解されたい。

図２（ａ）及び（ｂ）は、水平視野内及び垂直視野内における一体レンズ１０３の構造を概略的に示す上面図及び側面図であり、図２（ｃ）は、画像投射器１０１の側から見た一体レンズ１０３の平面形状を示す背面図である。一体レンズ１０３は、映像投射器１０１からの光線が入射する背面側に、投射光線を水平視野内で平行化（コリメート）するシリンドリカルフレネルレンズ２０１を備え、拡散板１０４に向けて光線を出射する側には、視差に応じて光線を角度分離、即ち、視差画像成分の視差に応じた方向（視差番号で特定される方向）に光線を向けるレンチキュラーレンズ２０２が形成されている。このシリンドリカルフレネルレンズ２０１とレンチキュラーレンズ２０２とは、一体レンズ１０３として、一体化されている。シリンドリカルフレネルレンズ２０１は、水平方向に沿って配置された複数のプリズム要素２０１Ａで構成され、各プリズム要素２０１Ａが水平面に対して直交する垂直方向に沿って延出され、投影（投射）画像に含まれる視差画像成分が水平視野内で夫々プリズム要素２０１Ａで互いに平行となるように屈折されてレンチキュラーレンズ２０２に向けられている。

シリンドリカルフレネルレンズ２０１では、互いに隣接するプリズム要素２０１Ａ間には、境界が生じ、この境界は、後に述べるように無効領域に定められ、この境界間（無効領域間）のプリズム領域が視差画像成分を含む光線を屈折する有効領域とされる。また、レンチキュラーレンズ２０２は、水平方向に沿って配置された複数のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａで構成され、各シリンドリカルレンズ要素２０２Ａが垂直方向に沿って延出され、視差画像成分を視差画像成分毎に定まる所定方向に向けて射出している。同様に、隣接するシリンドリカルレンズ要素２０２Ａ間に境界が生じ、この境界も無効領域とされ、この無効領域間のレンズ要素２０２の面が視差画像成分を含む光線に方向性を与える有効領域に定められている。

視差画像成分は、画像投射器１０１で画像を生成する表示装置における画素に配分されていることから、無効領域は、投影される画像の画素の境界、或いは、画素の境界を含み、視差画像成分を含まない無効画素としての１つ或いは僅かな数の隣接画素に相当している。また、画素間にブラックストライプ等の非表示領域が設けられ、この非表示領域が画像として投影される際には、画素間の境界としてこの非表示領域が上述した無効領域に投影される。

上述した光学システムおいて、ＩＩ（インテグラル・イメージング）方式にあっては、同一の視差番号が付与される視差画像から取り出される複数の視差画像成分は、異なるシリンドリカルレンズ要素２０２Ａで前方に投影されている。その結果、異なる視差画像から取り出される複数の視差画像成分によって裸眼にて立体視可能な３次元画像を観察者が観察することができる。

シリンドリカルフレネルレンズ２０１では、プリズム要素２０１Ａ間の境界に直線状の段差が無効領域として生じている。この直線状の段差は、垂直方向に延出されている。同様に、レンチキュラーレンズ２０２においてもシリンドリカルレンズ要素２０２Ａ間に直線状の境界が生じ、この直線状の境界が無効領域として垂直方向に延出されている。そして、プリズム要素２０１Ａ間の直線状の段差は、平行化（コリメート）された光線の進行方向において、シリンドリカルレンズ要素２０２Ａ間の境界に実質的に一致するように、プリズム要素２０１Ａ及びシリンドリカルレンズ要素２０２Ａが形成されている。換言すれば、プリズム要素２０１Ａ及びシリンドリカルレンズ要素２０２Ａは、図２（ａ）に破線で示されるように、水平方向に沿って互いに透過的に無効領域が重なるように同一の値の段差ピッチ及び境界ピッチが与えられて水平方向に沿って配列されている。ここで、複数の画素で構成される視差画像成分の境界がプリズム要素２０１Ａ及びシリンドリカルレンズ要素２０２Ａの境界に定められることから、段差ピッチ及び境界ピッチは、投影（投射）画像を構成する画素の画素ピッチの整数倍に定められている。図２（ａ）から図２（ｃ）に示される一体レンズ１０３は、例えば、ＰＭＭＡやＰＣといった光学素子用の樹脂で、表裏一体に成型して製作される。

この一体レンズに投射する投射画像は、レンチキュラーレンズ２０２における視差分離を考慮して作成され、視差画像成分を形成する光線がレンチキュラーレンズ２０２に入射する際、シリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａの有効領域のみに入射され、プリズム要素２０１Ａ間の境界に入射されることを避けるように投射画像が作成される。換言すれば、シリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａ間の境界には、無効領域とされて、シリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａに入射される複数の視差画像成分のグループ間の境界領域が投影され、実質的に視差画像成分からの光線がシリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａの有効領域に入射され、有効領域間の無効領域に相当する境界に投影されないように予め投射画像が生成される。これは、シリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａ間の境界では、視差画像成分の光線を正確に角度分離して出射することができない虞があるためである。従って、シリンドリカルフレネルレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａ間の境界に一致されるように形成されるプリズム要素２０１Ａ間の段差にあっても、視差画像成分を構成する光線は、段差に跨がって段差上に入射されず、段差を避けて入射されるように投射画像が形成されている。視差画像成分を構成する光線が段差を避けるように入射されていることから、前方に投影される視差画像の画質が劣化されてしまうことを防止することができる。

図３を参照して、より詳細に投射画素とレンチキュラーレンズ２０２との関係について説明する。図３には、一体レンズ１０３の水平視野内構造が模式的に示され、この図３における構造例においては、水平方向に配列される４画素の幅がレンチキュラーレンズ２０２のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａのピッチに一致されている。この図３において、投射される画素は、視差画像成分に相当し、符号Ｌ１，ＣＬ１，ＣＲ１，Ｒ１，Ｌ２，ＣＬ２，・・・,ＣＲ４，Ｒ４で示され、この符号の順序で配列された画素パターンがシリンドリカルフレネルレンズ２０１の有効領域に投射され、このシリンドリカルフレネルレンズ２０１で平行化されてレンチキュラーレンズ２０２に入射され、視差画像成分に相当する画素は、個々のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａで夫々対応する方向に偏向される。ここで、４画素Ｌ１，ＣＬ１，ＣＲ１，Ｒ１、４画素Ｌ２，ＣＬ２，ＣＲ２，Ｒ２、４画素Ｌ３，ＣＬ３，ＣＲ３，Ｒ３、４画素Ｌ４，ＣＬ４，ＣＲ４，Ｒ４がグループ化されてこの第１〜第４の画素グループの境界が夫々プリズム要素２０１Ａ間の段差に一致されるように画素パターンがシリンドリカルフレネルレンズ２０１に投射されている。

また、図３に示すように、夫々が視差画像成分に相当する画素Ｌ１〜Ｌ４の投射光線は、夫々異なるプリズム要素２０１Ａで屈折されて平行化され、異なるレンズ要素２０２Ａに互いに略平行となるように入射され、観察者２から見て左方向に向けられて観察者２の側に投影される。同様に、夫々が視差画像成分に相当する画素ＣＬ１〜ＣＬ４の投射光線は、夫々異なるプリズム要素２０１Ａで屈折されて平行化され、異なるレンズ要素２０２Ａに互いに略平行となるように入射され、観察者２から見て中左方向に向けられて観察者２の側に投影される。夫々が視差画像成分に相当する画素ＣＲ１〜ＣＲ４の投射光線は、夫々異なるプリズム要素２０１Ａで屈折されて平行化され、異なるレンズ要素２０２Ａに互いに略平行となるように入射され、観察者２から見て中右方向に向けられて観察者２の側に投影される。夫々が視差画像成分に相当する画素Ｒ１〜Ｒ４の投射光線は、夫々異なるプリズム要素２０１Ａで屈折されて平行化され、異なるレンズ要素２０２Ａに互いに略平行となるように入射され、観察者２から見て右方向に向けられて観察者２の側に投影される。

上述した左方向視差画像成分に相当する画素Ｌ１〜Ｌ４は、ある１つのカメラで撮影された左方向視差画像Ｌから抜き出して作成される。同様に、夫々が中左方向視差画像成分に相当する画素ＣＬ１〜ＣＬ４、夫々が中右方向視差画像成分に相当する画素ＣＲ１〜ＣＲ４、夫々が右方向視差画像成分に相当する画素Ｒ１〜Ｒ４は、夫々ある１つのカメラで撮影された中左方向視差画像ＣＬ、ある１つのカメラで撮影された中右方向視差画像ＣＲ及びある１つのカメラで撮影された右方向視差画像Ｒから抜き出して作成される。これらスライスされた画素は、図３に示すようなパターンに配列されて画像が作成され、このパターンに配列の画像が一体レンズ１０３に投射される。

この投射画像を作成する過程を図４に示すフローチャートを参照して説明する。

立体視の為の画像を撮影する際には、視差数ｍに応じたｍ個のカメラが用意されて被写体がｍ個のカメラで撮影され、この視差数ｍに対応するｍ枚の視差画像が用意される。ここで、視差画像には、カメラ番号に対応して同一の視差番号が付与される。また、各視差画像からは、Ｋ枚の視差画像成分（視差画像セグメント）が取り出されて複数グループで構成される画像パターンに配分される。ここで、既に説明したように、複数グループは、夫々プリズム要素２０１Ａに対応し、各グループパターンが対応するプリズム要素２０１Ａに投射され、グループパターン間の境界がプリズム要素２０１Ａ間の段差に投影されるように定められている。

図３に示す画像パターン（投射画像）にあっては、４枚（ｍ＝４）の視差画像Ｌ、ＣＬ、ＣＲ、Ｒが用意され、１枚の視差画像（Ｌ、ＣＬ、ＣＲ或いはＲ）からは、４（Ｋ＝４）枚の視差画像成分（視差画像セグメント）が取り出されて４グループ（各グループを要素画像と称する。）の画像パターンに配分される。このｍ枚の視差画像に基づいて第１から第Ｎ番目までの視差画像成分が作成され、この第１から第Ｎ番目までの視差画像成分が画像パターン（投射画像）として配列されてシリンドリカルフレネルレンズ２０１に投射される。

図３に示す画像パターン（投射画像）にあっては、４（ｍ＝４）枚の視差画像に基づいて第１から第１６番目（Ｎ＝１６）までの１６視差画像成分（１６個の画素セグメント）が作成され、この第１から第１６番目までの視差画像成分が予め定められた画像パターン（投射画像）で配列されてシリンドリカルフレネルレンズ２０１に投射される。この図３に示す画像パターン（投射画像）は、第１から第４のグループパターン（第１〜第４の要素画像）からなり、第１から第４のグループパターンには、４枚（ｍ＝４）の視差画像Ｌi、ＣＬi 、ＣＲi 、Ｒi が連続して配分されて第１から第１６番目（Ｎ＝１６）までの１６視差画像成分の配列が図４に示すように決定される。

ここで、視差画像から切り出された視差画像成分は、撮影時に定められた観察者が立体視可能な視域領域並びにその視域領域を定める為の視域基準面に基づいて配分される。そして、この配分された各視差画像成分がいずれのグループ（要素画像）に属し、そのグループ（要素画像）内での配列位置は、図４に示すフローに従って分類される。

作成された投射画像のパターンが連続して入力されると、図４に示すステップＳ１０で各視差画像成分の位置及び視差画像成分の属するグループの解析が開始される。ステップ１２において、各視差画像成分のグループ内の位置がｊ＝｛（ｎ−１）／Ｋの剰余｝＋１で決定される。ここで、Ｋは、グループ（要素画像）を構成する視差画素成分の数であり、視差数ｍに等しい。図３に示す例では、Ｋは、４であり、Ｎは、１６となる。従って、図３に示すようなパターンでは、例えば、画像パターン（投射画像）の第１番目（ｎ＝１）は、ｎ＝１であることから、｛（ｎ−１）／Ｋの剰余｝がゼロであり、あるグループ内での番号ｊ＝｛（ｎ−１）／Ｋの剰余｝＋１は、１（＝ｊ）であり、あるグループ内で第１番目に配列されると定められる。次に、ステップＳ１４において、式［｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝＋１］から各視差画像成分の属するグループ（要素画像）が決定される。例えば、画像パターン（投射画像）の第１番目（ｎ＝１）は、ｎ＝１であることから、｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝がゼロであり、［｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝＋１］は、「＋１」であることから、あるグループは、第１グループ（第１要素画像）と定められる。図３に示す画像パターン（投射画像）では、第１番目（ｎ＝１）の視差画像成分Ｌ１は、第１グループ（第１要素画像）内で第１番目（＝ｊ）であると定められてメモリに格納される。

ステップＳ１６において、ｎが最大値Ｎに達したかが確認されて、達していなければ、ステップＳ１８において、ｎが１つ繰り上げられてステップＳ１２に戻される。ステップＳ１２において、再びｊ（＝｛（ｎ−１／Ｋの剰余＋1｝）が求められる。図３に示す例では、例えば、画像パターン（投射画像）の第２番目（ｎ＝２）は、ｎ＝２であることから、｛（ｎ−１）／Ｋの剰余｝が１となり、あるグループ内での番号ｊは、２と定められる。次に、ステップＳ１４において、式［｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝＋１］から各視差画像成分の属するグループ（要素画像）が決定される。図３に示す例では、例えば、画像パターン（投射画像）の第２番目（ｎ＝２）は、ｎ＝２であることから、｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝が「０」であり、［｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝＋１］は、「＋１」であることから、あるグループは、第１グループ（第１要素画像）と定められる。図３に示す画像パターン（投射画像）の第２番目（ｎ＝２）の視差画像成分ＣＬ１は、第１グループ（第１要素画像）内で第２番目（＝ｊ）であると定められてメモリに格納される。

同様にステップＳ１２〜Ｓ１８が繰り返されて、例えば、図３に示す画像パターン（投射画像）の第３番目（ｎ＝３）の視差画像成分ＣＬ１は、第１グループ（第１要素画像）内で第３番目（＝ｊ）であると定められてメモリに格納され、図３に示す画像パターン（投射画像）の第４番目（ｎ＝４）の視差画像成分ＣＬ１は、第１グループ（第１要素画像）内で第４番目（＝ｊ）であると定められてメモリに格納される。

ステップＳ１２において、（ｎ−１）がＫを超えると、例えば、ｎ＝５である場合に、ステップＳ１２において、ｊ（＝｛（ｎ−１／Ｋの剰余＋1｝）からｊ＝１が求められてあるグループの第１番目に配列されていることが解析される。そして、ステップ１４において、［｛（ｎ−１）／Ｋの少数点以下切り捨て｝＋１］からあるグループが第２グループであることが解析される。また、例えば、ｎ＝６である場合には、同様にステップＳ１２〜Ｓ１８が繰り返されて、このｎ＝６に相当する視差画像成分は、第２グループの第２番目に配列されていることが解析される。

ｎが最大値Ｎになるまで、ステップＳ１２〜Ｓ２８が繰り返されてｎが最大値Ｎに達すると、ステップＳ２０で処理が終了されて図３に示すような投射画像のパターンの各視差画像成分の位置及びグループが解析されてメモリに格納される。

図３に示される投射画像のパターンでは、レンチキュラーレンズ面上のシリンドリカルレンズ境界は投射される画素の境界に定められている。従って、この境界位置と一致するように形成されているシリンドリカルフレネルレンズ面の段差部も、投射される画素の境界になる。投射光が画素毎に区切られ、境界である段差部を避けて入射されれば、形成される視差画像の画質が劣化することはない。また、画素毎の投射光に多少の位置ずれや広がりがあった場合でも、同段差での視差画像の画質劣化は軽微となる。

上述したように、シリンドリカルフレネルレンズの段差部とレンチキュラーレンズの境界部の位置が正確に合っている必要があるが、本実施例の一体化したレンズでは最初から位置が合った状態で製作されているため、別々の２枚のレンズを用いる場合に比べて単に部品点数が減少するコスト面だけでなく、装置取付け状態での位置合わせ調整が不要になるなど、取り扱いの簡便化および装置全体の信頼性向上の面でも有利となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、図３に示されるパターンに代えて、図５に示されるような投射画像のパターンが形成されても良い。この図５に示される投射画像のパターンは、図６に示されるフローチャートで示される工程を経て作成される。

図５に示される投射画像のパターンでは、図３に示すパターンと同様に水平視野内の４画素がレンチキュラーレンズ２０２上のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａのピッチに一致されている。図５に示される投射画像のパターンは、図３に示されるパターンとは異なり、視差画像成分Ｌ１，Ｃ１，Ｒ１のグループの先頭に画像（投射画素）Ｂ０が配置され、また、視差画像成分Ｌ１，Ｃ１，Ｒ１のグループ及び視差画像成分Ｌ２，Ｃ２，Ｒ２のグループ間に画像（投射画素）Ｂ１が配置されている。また、画像（投射画素）Ｂ２が視差画像成分Ｌ２，Ｃ２，Ｒ２のグループ及び視差画像成分Ｌ３，Ｃ３，Ｒ３のグループ間に配置されている。同様に画像（投射画素）Ｂ３，Ｂ４が視差画像成分のグループ間に配置されている。ここで、図３に示すパターンと同様に、画素Ｌ１〜Ｌ４は、左方向の視差画像成分に相当し、画素Ｃ１〜Ｃ４は、中央方向の視差画像成分に相当し、また、画素Ｒ１〜Ｒ４は、右方向の視差画像成分に相当している。これら３視差画像成分（投射画素）毎に挿入される画素Ｂ０〜Ｂ４は、表示装置に画像が表示された際に、これら画素Ｂ０〜Ｂ４を含む投射光線（投射光線が輝度を全く有さない場合には、黒色の投射像）がレンチキュラーレンズ２０２面上のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａの境界に向けられる。そして、これらの画素Ｂ０〜Ｂ４は、輝度を実質的に有さないことから、黒い帯状画素（非点灯画素）としてシリンドリカルレンズ要素２０２Ａの境界に投射画像（非点灯画像）を形成することとなる。従って、視差画像成分を構成する光線が実質的に段差に入射されず、段差を避けて入射されるように投射画像が形成される。その結果、形成される視差画像の画質が劣化することが防止される。

尚、図５に示される投射画像のパターンでは、３枚（ｍ＝３）の視差画像Ｌ、Ｃ、Ｒが用意され、１枚の視差画像（Ｌ、Ｃ或いはＲ）からは、３（Ｋ＝３）枚の視差画像成分（画素或いは画素セット）が取り出されて４グループの画像パターンに配分されている。輝度を有する投射視差画像成分（投射画素）Ｌi，Ｃi，Ｒiの両側に輝度を有しない成分画像（投射画素）が配置されて投射画像のパターンは、輝度を有する投射視差画像成分（投射画素）Ｌi，Ｃi， Ｒi及び輝度を有しない成分画像（投射画素）Ｂiから成る画像グループの繰り返しで構成される。従って、図５に示される投射画像のパターンは、第１〜第４の画像グループで構成される。ここで、既に説明したように、視差画像から切り出された視差画像成分は、視域領域並びに視域基準面を基に配分され、投射視差画像成分（投射画素）Ｌi，Ｃi， Ｒi及び輝度を有しない成分画像（投射画素）Ｂiが順次入力される。そして、この配分された各視差画像成分がいずれのグループ（要素画像）に属し、そのグループ（要素画像）内での配列位置は、図６に示すフローに従って分類される。

尚、図６に示されるフローチャートにおいては、図４に示されると同一ステップについては同一の符号を付してその説明を省略する。但し、図５に示される投射画像パターンの配列では、最初の画像パターン（投射画像：ｎ＝０）は、非点灯画像（黒い帯状画素）Ｂ０と定められている。この最初の非点灯画像（黒い帯状画素）Ｂ０は、ゼロ番目としている。

投射画像のパターンが連続して入力されると、図６に示すステップＳ１０で各視差画像成分の位置及び視差画像成分の属するグループの解析が開始される。ステップ２２において、各視差画像成分のグループ内の位置がｊ＝｛（ｎ−１）／Ｋの剰余｝＋１で決定される。ここで、Ｋは、グループ（要素画像）を構成する視差画素成分の数であり、視差数ｍに等しい。図５に示す例では、Ｋは、３であり、Ｎは、１６となる。従って、図５に示すようなパターンでは、例えば、画像パターン（投射画像）の第１番目（ｎ＝１）は、ｎ＝１であることから、｛ｎ／（Ｋ＋１）の剰余｝がゼロであり、あるグループ内での番号ｊ＝｛ｎ／（Ｋ＋１）の剰余｝＋１は、１（＝ｊ）であり、あるグループ内で第１番目に配列されると定められる。次に、ステップＳ２４において、ｊ＝０でないことから、ステップＳ２６において、式［｛ｎ／（Ｋ＋１）の少数点以下切り捨て｝＋１］から各視差画像成分の属するグループ（要素画像）が決定される。例えば、画像パターン（投射画像）の第１番目（ｎ＝１）は、ｎ＝１であることから、｛ｎ／（Ｋ＋１）の少数点以下切り捨て｝がゼロであり、［｛ｎ／（Ｋ＋１）の少数点以下切り捨て｝＋１］は、「＋１」であることから、あるグループは、第１グループ（第１要素画像）と定められる。図３に示す画像パターン（投射画像）では、第１番目（ｎ＝１）の視差画像成分Ｌ１は、第１グループ（第１要素画像）内で第１番目（＝ｊ）であると定められてメモリに格納される。

ステップＳ１６及びステップＳ１８を経て再びステップＳ２２に戻され、ステップＳ２２において、ｊ＝｛ｎ／（Ｋ＋１）の剰余｝がｊ＝２として求められ、ステップＳ１２において、あるグループが第１グループ（第１要素画像）と定められてこの第１グループ（第１要素画像）内で第２番目（ｊ＝２）の位置に配列されると解析される。

ステップＳ２２において、ｎが（Ｋ＋１）に達すると、ステップＳ２２における剰余は、ゼロとなる。従って、ステップＳ２４でｊ＝０であるとしてステップＳ２８に進み、画像パターン（投射画像）の第４番目（ｎ＝４）は、第１グループに続く非点灯画像Ｂ１（黒い帯状画素）と決定され、非点灯画像（黒い帯状画素）Ｂ１が与えられてメモリに格納される。

次に、ｎが５となる。ステップＳ２２での剰余は、再び１となり、また、ステップＳ２４でｊ＝０でなく、点灯画像（視差画像成分）と決定されてステップＳ２６に進められる。このステップＳ２６において、［｛ｎ／（Ｋ＋１）の少数点以下切り捨て｝］＝１とされることから、第２グループと決定され、ｎ＝５の視差画像成分が第２グループ内の最初（ｊ＝１）に配列されると決定される。

ステップＳ１６及びステップＳ１８を経てｎが６として、再びステップＳ２２に戻され、ステップＳ２２において、ｊ（＝[｛ｎ／（Ｋ＋１）｝の剰余］）が２として求められ、ステップＳ２４でｊ＝０でなく、点灯画像（視差画像成分）と決定されてステップＳ２６に進められる。このステップＳ２６において、［｛ｎ／（Ｋ＋１）の少数点以下切り捨て｝］＝１とされることから、第２グループと決定され、ｎ＝６の視差画像成分が第２グループ内の２番目（ｊ＝２）に配列されると決定される。

上述したように、視差数Ｋに対して、投射画像の画素は、順に１〜Ｋ番目の視差画像成分を形成する画素として配列され、（Ｋ＋１）番目の画素は、視差には寄与せずに輝度を有さない非表示（非点灯）とすること繰り返し、投射画像パターンが決定されている。従って、図５に示されるように、レンチキュラーレンズ２０１のプリズム要素２０１Ａ間の境界部分には、画素からの光は、投射されないように、換言すれば、輝度を有さない画素が投射されるように非表示（非点灯）画素が画像パターンに配置されている。従って、この境界位置と一致するように形成されているシリンドリカルフレネルレンズ２０１の段差部にも、光線が投射されないこととなる。図５に示す光学系では、図３の光学系と比較して、同一の投射条件で視差数を１つ減らす代わりに１画素幅分の非投射領域が設けられ、投射画素の利用効率は、多少減少するものの、画素毎の投射光に多少の位置ずれや広がりがあった場合でも段差部を避けて入射させることができるため、段差での視差画像の画質劣化を回避することができる。

図５に示される光学系においても、シリンドリカルフレネルレンズ要素２０１Ａの段差部とレンチキュラーレンズ要素２０２Ａの境界部の位置が正確に一致されている必要があるが、一体化されたレンズ１０３では、当初から位置が合わされた状態で製作されているため、別々の２枚のレンズを用いる場合に比べて単に部品点数が減少するコスト面だけでなく、装置取付け状態での位置合わせ調整が不要になるなど、取り扱いの簡便化および装置全体の信頼性向上の面でも有利となる。

（第３の実施の形態）
図７を参照して第３の実施の形態を説明する。

図２と図７とを比較すれば、明らかなように、第３の実施の形態に係る光学系では、第１の実施の形態に係る光学系とは、一体レンズ１０３の構造が異なっている。第１の実施の形態における一体レンズ１０３では、シリンドリカルフレネルレンズ２０１におけるプリズム要素２０１Ａの段差ピッチがレンチキュラーレンズ２０２のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａのピッチに一致している。しかしながら、段差の位置とシリンドリカルレンズ要素２０２Ａ間の境界位置が対応すれば、視差画像の画質は劣化しないため、必ずしもシリンドリカルフレネルレンズ３０１のプリズム要素３０１Ａ間の無効領域としての段差がレンチキュラーレンズ３０２のシリンドリカルレンズ要素３０２Ａ間の無効領域としての境界と対応関係にある必要はなく、図７のように段差数を減少させて、プリズム要素３０１Ａ間の段差のピッチがシリンドリカルレンズ要素３０２Ａのピッチの整数倍にされても良い。

（第４の実施の形態）
図８を参照して第４の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態における光学系では、一体レンズ１０３が入射側のシリンドリカルフレネルレンズ２０１で投射光線を平行化するため、そのプリズム要素２０１Ａの段差ピッチは、出射側のレンチキュラーレンズ２０２のシリンドリカルレンズ要素２０２Ａのピッチに一致させている。この第１の実施の形態に対して第４の実施の形態における光学系では、一体レンズ１０３は、入射側のシリンドリカルフレネルレンズ５０１で投射光線を平行化（コリメート）せず、投射光線をシリンドリカルフレネルレンズ５０１で屈折されて水平視野内で収束（コンバージェンス）させている。光線角度を変更して収束された光線が出射側のレンチキュラーレンズ５０２に入射させるように、視差画像からの光線方向を制御している。このように収束光線とする実施の形態及び平行光線とする実施の形態における光線軌跡が図９（ａ）及び（ｂ）で比較説明されている。

図９（ａ）は、平行光線とする光学系の上面図を示し、図９（ｂ）は、収束光線とする光学系の上面図を示し、両上面図には、一体レンズ６０３のレンチキュラーレンズで向きが変えられる水平視野内における投射光線の偏向範囲が示されている。画像投射器６０１から画像表示部６０２の一体レンズ６０３に入射する光線の軌跡は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のいずれも同一であるが、図９（ａ）では、平行光線が一体レンズ６０３の出射側のレンチキュラーレンズに入射されている。この光学系では、画面内のどの位置からも、同一の偏向角度範囲内で光線が出射されて拡散板６０４を介して画像が観測される。従って、ある観測距離Ｌだけ離れて画面を観測する場合、全画面を観測可能な範囲Ａ、画面の一部だけ観測可能な範囲Ｂ、全画面を観測することができない範囲Ｃが生じることとなる。一方、図９（ｂ）では、一体レンズ６０３内では、収束光線が出射側のレンチキュラーレンズに入射され、画面内の位置によって、出射される光線の偏向角度範囲が異なることとなる。観測距離Ｌだけ離れて画面が観測される場合、全画面を観測可能な範囲Ａ’、一部画面だけ観測可能な範囲Ｂ’、全画面を観測することができない範囲Ｃ’が同様に生ずる。しかし、図９（ａ）及び図９（ｂ）の比較から範囲Ａ＜範囲Ａ’となる。即ち、投射光線が平行光される光学系に場合に比べて投射光線が収束される光学系では、全画面を観測可能な範囲をより広く設定することができる。そして、この収束光線に変換する図８に示す一体レンズ１０３では、シリンドリカルフレネルレンズ５０１の段差位置とレンチキュラーレンズ５０２のシリンドリカルレンズ要素５０２Ａ間の境界位置とは、収束光線の角度を考慮した対応関係が与えられている。より詳細には、収束光線の角度で定まる縮小倍率で段差ピッチが縮小されてレンズ要素５０２Ａのレンズピッチが定まり、夫々の境界位置が定められる。従って、シリンドリカルフレネルレンズ５０１のプリズム要素５０１Ａ及びレンチキュラーレンズ５０２のシリンドリカルレンズ要素５０２Ａのピッチは一致していないが、第１の実施の形態と同様に、この実施の形態においても、視差画像を形成する光線は、シリンドリカルフレネルレンズの段差部を避けてシリンドリカルフレネルレンズに入射される。

尚、この実施の形態では、投射光線を収束させる光学系が採用されているが、このような光学系に限らず、任意の光線角度に制御する光学系に一体レンズの構造を設計することが可能である。

（第５の実施の形態）
図１０（ａ）及び（ｂ）には、第５の実施の形態に係る光学系の構成図を示している。第１の実施の形態と同様に、表示装置は、画像投射器７０１及び画像表示部７０２により構成され、また、画像表示部７０２は、一体レンズ７０３及び拡散板７０４を備えている。図１に示す第１の実施の形態では、一体レンズ１０３において、水平方向で投射光線を平行化するとともに視差画像を分離しているが、図１０（ａ）及び（ｂ）に示される第５の実施の形態では、一体レンズ７０３によって同様に水平方向について投射光線を平行化するとともに視差画像を分離し、上下方向（垂直視野内）についても投射光線が平行化されている。

図１１（ａ）及び（ｂ）には、第５の実施の形態に係る一体レンズ７０３の構造が示されている。図２に示される第１の実施の形態に係る一体レンズ１０３では、入射側のシリンドリカルフレネルレンズ２０１で投射光線は、水平視野内においてのみを平行化され、そのシリンドリカルフレネルレンズ２０１の段差ピッチは、出射側のレンチキュラーレンズ２０２のシリンドリカルレンズ要素のピッチに一致されている。第５の実施の形態に係る一体レンズ７０３は、図１２にその表面形状が斜視図及び断面図で示されるように２次元フレネルレンズ８０１として形成されている。ここで、一般的な２次元フレネルレンズは、プリズム要素間に同心円状の段差を備えているに対して、第５の実施の形態に係る一体レンズでは、図１２に示されるように、矩形プリズム要素配列間に、直交する２方向の直線状の段差（格子状の段差）を備えている。１方向の段差は、第１の実施例同様、レンチキュラーレンズ８０２の個々のシリンドリカルレンズ要素の方向に平行で、しかも、段差ピッチがこのシリンドリカルレンズ要素のピッチに一致し、無効領域に相当する段差の位置がシリンドリカルレンズ要素間の無効領域に相当する境界位置に一致している。この一体レンズ７０３に投射する投射画像は、上述した実施の形態のようにレンチキュラーレンズ８０２のシリンドリカルレンズ要素の境界位置に対しても、投射画素の境界に一致させるか、或いは、非点灯画素を対応させて作成されている。この第５の実施の形態においても、２次元フレネルレンズには、無効領域としての段差部を避けて光線が入射されていることから、投影される視差画像の画質が劣化されることが防止される。

尚、図１１に示される第５の実施の形態に係る光学系では、第１の実施の形態と同様に、２次元フレネルレンズは、投射光線を平行化し、視差分離方向の段差のピッチは、レンチキュラーレンズのシリンドリカルレンズ要素のピッチに一致している。しかし、第４の実施の形態と同様に平行以外の角度に制御する場合にあっても、視差分離方向の段差がレンチキュラーレンズのシリンドリカルレンズ要素の境界位置に対応するように設計されるのであれば良い。また、他方の段差の方向は、必ずしもレンチキュラーレンズの個々のシリンドリカルレンズ要素の方向に直交する必要はなく、更に段差のピッチも２方向で一致している必要もない。

（第６の実施の形態）
図１３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）には、第６の実施例に係る一体レンズ１０３が示されている。この一体レンズ１０３は、更に、図１２に示される２次元フレネルレンズ９０１の反対面がレンチキュラーレンズではなく、２次元レンズアレイ９０２に形成されている。上述した種々の実施の形態は、全て、視差を１方向、例えば、水平方向（水平視野内）にのみに付与しているが、図１３に示す一体レンズ１０３では、直交２方向、即ち、水平及び垂直方向（水平及び垂直視野内）に視差を付与することができる。レンズアレイ９０１で投射光線が２次元に偏向されるため、図１０に示す本実施例の構成図では、拡散板は用いられない。

（第７の実施の形態）
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第７の実施の形態の構成を示している。上述した実施の形態では、視差を生成するために１枚のレンチキュラーレンズ（１面のみがレンチキュラーレンズ面に形成されているレンチキュラーレンズ）が採用されている。これに対して、図１４（ａ）及び（ｂ）に示される画像表示部１１０２においては、一体レンズ１１０３に偏向素子としてレンチュキュラーレンズが設けられる他、この一体レンズ１１０３と拡散板１１０５との間に偏向素子としてのレンチキュラーレンズ１１０４が設けられ、２枚レンチキュラーレンズ１１０４が組み合わされている光学系が採用されている。ここで、一体レンズ１１０３にレンチキュラーレンズが設けられず、レンチキュラーレンズ１１０４の両面がレンチキュラー面に形成されても良い。このように２枚のレンチキュラーレンズの組み合わせにより、より多視差数を実現することが可能であるとともにクロストークを低減した視差分離が可能となる。

図１５には、第７の実施の形態に係る光学系における水平視差面内の光線軌跡を示す説明図である。図３を参照して説明したと同様に、水平方向の４画素が第１のレンチキュラーレンズ１１１１のシリンドリカルレンズ要素のピッチに一致し、且つ、無効領域に相当する画素境界が第１のレンチキュラーレンズ１２０２のシリンドリカルレンズ要素の無効領域に相当する境界に一致するように投影されている。この光学系では、第１のレンチキュラーレンズ１１１２から出射される各視差画像用の光線が集光される位置に、第２のレンチキュラーレンズ１１１４が配置されている。

図１６（ａ）は、視差番号で示される２次元投射画素（視差画像成分）が第１のレンチキュラーレンズ１１１１の背面側に投影された平面配置を示す説明図であり、図１６（ｂ）は、第１のレンチキュラーレンズ１１１２（破線で示される）と第２のレンチキュラーレンズ１１１４（実線で示される）との配置関係を示す説明図及び図１６（ｃ）は、第２のレンチキュラーレンズ１１１４から観察者側前方に出射される２次元投射画素（視差画像成分）の投影方向を示す説明図である。

図１５においては、水平視野方向の画素配列（視差画像成分の配列）のみが示されているが、図１６（ａ）に示すように、投射器１１０１から表示部１１０２には、２次元の画素配列（視差画像成分の配列）が投射されている。この図１６（ａ）に示されるように、第１のレンチキュラーレンズ１１１２の背面側に２次元の画素配列（視差画像成分の配列）が投影されている。ここで、第１のレンチキュラーレンズ１１１２では、レンチキュラーレンズ１１１２のシリンドリカルレンズ要素の境界が画素配列（視差画像成分の配列）の縦方向（垂直方向）に平行であり、そのピッチ（水平方向ピッチ）は、水平方向の４画素分に等しく設定されている。従って、図１６（ｂ）に示すように、第１のレンチキュラーレンズ１１１２の出射位置には、水平視差方向の４画素毎の集光光線が縦方向に並んだ状態に画素配列（視差画像成分の配列）が配列される。図１６（ｂ）において、例えば、画素配列（視差番号１〜４の画素）の投射光線が集光された領域には、代表して「１」が付されている。そして、その集光位置に第２のレンチキュラーレンズ１１１４が配置されている。この第２のレンチキュラーレンズ１１１４では、そのシリンドリカルレンズ要素及びその境界は、第１のレンチキュラーレンズ１１１２に対して４５度だけ傾けられている。従って、垂直平面内では、集光光線は、第２のレンチキュラーレンズ１１１４のシリンドリカルレンズ要素及びその境界方向に対し４５度を成すように入射される。その結果、第２のレンチキュラーレンズ１１１４から出射される投射光線は、図１６（ｃ）に示すように縦画素（垂直方向画素）毎に４方向に偏向され、その各縦画素の偏向方向に対して更に、第１のレンチキュラーレンズ１１１２で集光されていた横方向（水平方向）の４画素分の投射光が拡散して出射される。即ち、投射される２次元の画素配列の縦横各４画素の単位で、４×４＝１６方向に視差画像を表示することを可能としている。この実施の形態においても、画像投射器１１０１から画像表示部１１０２への投射画素の境界が第１のレンチキュラーレンズ１１１２のシリンドリカルレンズ要素の境界位置に対応しているため、この境界位置と一致するように形成されているシリンドリカルフレネルレンズのプリズム要素間の段差部も、投射される画素の境界になり、視差画像の画質劣化を回避することができる。

（第８の実施の形態）
図１７は、第８の実施の形態に係る光学系の構成図を示している。図１４に示される第７の実施の形態と同様にこの第８の実施の形態においても、２枚のレンチキュラーレンズを組み合わせることによって、より多視差数を実現することが可能となる。

図１７に示されるように、画像表示装置が画像投射器１２０１と画像表示部１２０２とにより構成され、画像表示部１２０２のシリンドリカルフレネルレンズ１２０３が一体レンズ１２０４とは別体に設けられ、シリンドリカルフレネルレンズ１２０３と拡散板１２０５との間に設けられた一体レンズ１２０４において、第１のレンチキュラーレンズ及び第２のレンチキュラーレンズ１２０６，１２０７が夫々一体レンズ１２０４の入射面側及び射出面側に設けられ、２枚のレンチキュラーレンズの組み合わせ（２面構造のレンチキュラーレンズ）を実現されている。

（第９の実施の形態）
図１８は、第９の実施の形態に係る光学系の構成図を示している。上述した実施の形態においては、一体化したレンズが用いられているが、一体化されたレンズに代えて、第９の実施の形態においては、別部品で一体化レンズの機能が実現される。即ち、図１８に示されるようにシリンドリカルフレネルレンズ１３０３とレンチキュラーレンズ１３０４とが別部品化されても良い。一体化したレンズを用いなくても、立体視並びに視差画像の画質の両立を可能とすることが可能であることは当然であるが、レンズ１３０３、１３０４間で設置状態での位置調整が必要とされることとなる。

（第１０の実施の形態）
図１９は、第１０の実施の形態に係る光学系の構成図を示している。上述した実施の形態においては、画像投射器からの投射光線が視差画像を形成している。しかしながら、この第１０の実施の形態においては、液晶パネル１４０３が視差画像を表示し、光線投射器１４０１から投射光線が液晶パネル１４０３に投射されているが、この投射光線は、画像を含まないバックライト光線であり、液晶パネル１４０３を均一な照度で照明している。即ち、光線投射器１４０１から画像表示部１４０２）にバックライト光線が投射され、画像表示部の液晶パネル１４０３を透過した光線が一体レンズ１４０４に入射され、視差画像が拡散板１４０５に表示される。ここで、バックライト光線は、指向性があり、液晶パネルをバックライトすることによって、液晶パネル１４０３の出射光線が既に説明されるように、画像投射器から投射される視差画像成分を形成する光線と等価とされる。従って、液晶パネル１４０３から射出された光線に関する説明は、上述した実施の形態と同様であるのでその説明は省略する。

以上述べたとおり実施の形態によれば、画像表示装置は、立体視と視差画像の画質を両立させることを可能とする。

上述した説明においては、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１、６０１、７０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１５０１・・・画像投射器、１０２、６０２、７０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、１４０２、１５０２・・・画像表示部、１０３、６０３、７０３、１００３、１１０３、１２０４、１４０４・・・一体レンズ、１０４、６０４、７０４、１１０５、１２０５、１３０５、１４０５、１５０５・・・拡散板、２０１、３０１、５０１、１２０３、１３０３、１６０１・・・シリンドリカルフレネルレンズ、２０２、３０２、４０２、５０２、８０２、１１０４、１３０４、１５０４、１６０２・・・レンチキュラーレンズ、４０１・・・シリンドリカルレンズ、６０５・・・観測距離Ｌ、９０１・・・２次元フレネルレンズ、９０２・・・２次元レンズアレイ、１４０１・・・光線投射器、８０１・・・２次元フレネルレンズ、１４０３・・・液晶パネル、Ａ・・・全画面観測可能範囲、Ｂ・・・一部画面観測可能範囲、Ｃ・・・全画面観測不可能範囲、Ａ’・・・全画面観測可能範囲、Ｂ’・・・一部画面観測可能範囲、Ｃ’・・・全画面観測不可能範囲

Claims (7)

1. 複数の視差画像成分を含む光線を投射する光線投射手段と、
   前記光線投射手段から投射される光線が入射され、この入射された光線を略平行化して出射する光線角度変更手段と、
   前記光線角度変更手段から出射される光線が入射され、この入射された光線に含まれる前記視差画像成分に応じた角度でこの視差画像成分を分離して観察領域側に投影する視差分離手段であって、複数個のシリンドリカルレンズ要素が配列され、互いに隣接するシリンドリカルレンズ要素の間に境界を有しているレンチキュラーレンズを含む視差分離手段と、
   を具備し、前記視差画像成分が前記境界を除く前記シリンドリカルレンズ要素の領域を通過する画像表示装置。
2. 前記光線角度変更手段は、入射された光線を前記レンチキュラーレンズにおいて視差分離が可能な角度で出射する有効領域及びこの有効領域間の無効領域を有し、前記視差画像成分は、前記有効領域に入射されることを請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光線角度変更手段がプリズム要素間に段差を有するフレネルレンズであり、前記光線角度変更手段の無効領域がこのプリズム要素間の段差に相当する請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記視差画像成分が前記フレネルレンズの前記段差を除く領域に入射される請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記フレネルレンズの段差が直線形状であり、その方向が前記レンチキュラーレンズが有する前記境界に平行である請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記フレネルレンズが少なくとも２つ以上の方向に対して、それぞれ平行な複数の段差を有し、この段差の方向の１つが前記レンチキュラーレンズが有する前記境界に平行である請求項４に記載の画像表示装置。
7. 前記光線角度変更手段と、前記視差分離手段が一体に形成されている請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の画像表示装置。

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