JP2021015136A

JP2021015136A - Image display device

Info

Publication number: JP2021015136A
Application number: JP2019128157A
Authority: JP
Inventors: 隼人渡邉; Hayato Watanabe; 拓也大村; Takuya Omura; 直人岡市; Naoto Okaichi; 久幸佐々木; Hisayuki Sasaki; 河北　真宏; Masahiro Kawakita; 真宏河北
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-10
Also published as: JP7240977B2

Abstract

To provide an image display device that switches between a stereoscopic image and a two-dimensional image or classifies by area and displays them.SOLUTION: An image display device 1 comprises: a parallel light emission unit 11 for switching between two polarization states and emitting parallel light; a polarizing diffractive lens array 12 in which polarizing diffractive lenses 121 functioning as positive or negative focal distance lenses are arrayed on a two-dimensional plane in accordance with a polarizing state; a light diffusion element 13 for diffusing incident light and arranged spaced apart from the polarizing diffractive lens array 12 by a positive focal distance of the polarizing diffractive lenses 121; a display panel 14 for displaying an element image group of integral type for displaying a stereoscopic image using the light diffused by the light diffusion element as a backlight, or a two-dimensional image; and a control unit for controlling the switching between the two polarizing states of the parallel light.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、立体像と二次元画像とを表示可能な画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device capable of displaying a stereoscopic image and a two-dimensional image.

従来、３Ｄメガネを用いた二眼立体方式を始めとして、多種多様な立体像表示技術が提案されている。なかでも、インテグラル方式は、特殊なメガネが不要で、水平および垂直に視差を有する自然な立体像を再生可能であることから、将来の多様な立体アプリケーションへの応用が期待されている。一般的に、インテグラル方式は、要素レンズで構成されたレンズアレイを表示パネルの前面、または、点光源で構成された点光源アレイを表示パネルの背面に設置して、要素レンズまたは点光源に対応する表示パネルの位置に要素画像を表示することで、観察者に立体像を視認させることができる。
今後、多様な映像コンテンツを表示するためには、インテグラル方式の立体像の表示（以下、３Ｄ表示）だけでなく、高精細な二次元画像の表示（以下、２Ｄ表示）も可能であることが望ましい。 Conventionally, a wide variety of stereoscopic image display techniques have been proposed, including a two-lens stereoscopic method using 3D glasses. Among them, the integral method is expected to be applied to various future stereoscopic applications because it does not require special glasses and can reproduce a natural stereoscopic image having horizontal and vertical parallax. Generally, in the integral method, a lens array composed of element lenses is installed on the front surface of a display panel, or a point light source array composed of a point light source is installed on the back surface of a display panel to form an element lens or a point light source. By displaying the element image at the position of the corresponding display panel, the observer can visually recognize the stereoscopic image.
In the future, in order to display various video contents, it is possible to display not only an integral stereoscopic image (hereinafter, 3D display) but also a high-definition two-dimensional image (hereinafter, 2D display). Is desirable.

このような背景から、点光源アレイを用いたインテグラル方式において、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える方法が提案されている（非特許文献１，２、特許文献１参照）。
非特許文献１に記載の方法は、図１３に示すように、光源２０１と、コリメータレンズ２０２と、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal；高分子分散型液晶）２０３と、レンズアレイ２０４と、表示パネル２０５と、を備える画像表示装置２００Ａで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える。
図１１（ａ）に示すように、画像表示装置２００Ａは、３Ｄ表示を行う場合、電圧制御により光の透過／拡散を制御可能なＰＤＬＣ２０３を光が透過するように制御し、表示パネル２０５に要素画像ｅを表示する。
これによって、画像表示装置２００Ａは、光源２０１の光をコリメータレンズ２０２により平行光に変換し、ＰＤＬＣ２０３を透過させる。そして、画像表示装置２００Ａは、レンズアレイ２０４ごとに、平行光を集光させて集光位置に点光源Ｌｏとなる光を生成し、表示パネル２０５に投射することで、観察者Ｍに立体像を視認させることができる。 Against this background, a method of switching between 3D display and 2D display has been proposed in an integral method using a point light source array (see Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1).
As shown in FIG. 13, the method described in Non-Patent Document 1 includes a light source 201, a collimator lens 202, a PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) 203, a lens array 204, and a display panel 205. The image display device 200A provided with the above switches between 3D display and 2D display.
As shown in FIG. 11A, when performing 3D display, the image display device 200A controls the PDLC203, which can control the transmission / diffusion of light by voltage control, so that the light transmits, and the display panel 205 has an element. Display image e.
As a result, the image display device 200A converts the light of the light source 201 into parallel light by the collimator lens 202 and transmits the PDLC 203. Then, the image display device 200A condenses parallel light for each lens array 204, generates light that becomes a point light source Lo at the condensing position, and projects the light onto the display panel 205 to give the observer M a stereoscopic image. Can be visually recognized.

一方、図１１（ｂ）に示すように、画像表示装置２００Ａは、２Ｄ表示を行う場合、ＰＤＬＣ２０３を光が拡散するように制御し、表示パネル２０５に二次元画像Ｇを表示する。これによって、画像表示装置２００Ａは、拡散光を表示パネル２０５に照射することができ、表示パネル２０５に表示した二次元画像Ｇを観察者Ｍに視認させることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 11B, the image display device 200A controls the PDLC203 so that light is diffused when performing 2D display, and displays the two-dimensional image G on the display panel 205. As a result, the image display device 200A can irradiate the display panel 205 with diffused light, and the observer M can visually recognize the two-dimensional image G displayed on the display panel 205.

非特許文献２に記載の方法は、図１２に示すように、２層構造のＬＥＤアレイ２１１と、開口部を有する拡散板２１２と、レンズアレイ２１３と、表示パネル２１４と、を備える画像表示装置２００Ｂで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える。
図１２（ａ）に示すように、画像表示装置２００Ｂは、３Ｄ表示を行う場合、ＬＥＤアレイ２１１の拡散板２１２の開口部にほぼ接する層のＬＥＤを発光させ、表示パネル２１４に要素画像ｅを表示する。
これによって、画像表示装置２００Ｂは、拡散板２１２の開口部を通過した光を、レンズアレイ２１３ごとに集光させて集光位置に点光源Ｌｏとなる光を生成し、表示パネル２１４に投射することで、観察者Ｍに立体像を視認させることができる。 The method described in Non-Patent Document 2 is an image display device including a two-layer structure LED array 211, a diffuser plate 212 having an opening, a lens array 213, and a display panel 214, as shown in FIG. At 200B, it switches between 3D display and 2D display.
As shown in FIG. 12A, when the image display device 200B performs 3D display, the LED of the layer substantially in contact with the opening of the diffusion plate 212 of the LED array 211 is made to emit light, and the element image e is displayed on the display panel 214. indicate.
As a result, the image display device 200B condenses the light that has passed through the opening of the diffuser plate 212 for each lens array 213, generates light that becomes a point light source Lo at the condensing position, and projects the light onto the display panel 214. As a result, the observer M can visually recognize the stereoscopic image.

一方、図１２（ｂ）に示すように、画像表示装置２００Ｂは、２Ｄ表示を行う場合、ＬＥＤアレイ２１１の拡散板２１２の拡散部に対応する層のＬＥＤを発光させ、表示パネル２１４に二次元画像Ｇを表示する。これによって、画像表示装置２００Ｂは、拡散光を表示パネル２１４に照射することができ、表示パネル２１４に表示した二次元画像Ｇを観察者Ｍに視認させることができる。なお、図１４では、ＬＥＤアレイ２１１の点灯を白、消灯を黒で示している。 On the other hand, as shown in FIG. 12B, when performing 2D display, the image display device 200B causes the LED of the layer corresponding to the diffusion portion of the diffusion plate 212 of the LED array 211 to emit light, and the display panel 214 is two-dimensional. Display image G. As a result, the image display device 200B can irradiate the display panel 214 with diffused light, and the observer M can visually recognize the two-dimensional image G displayed on the display panel 214. In FIG. 14, the lighting of the LED array 211 is shown in white, and the lighting of the LED array 211 is shown in black.

特許文献１に記載の方法は、図１３に示すように、点光源アレイ２２１と、透過・拡散板２２２と、表示パネル２２３と、を備える画像表示装置２００Ｃで、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを切り替える。
図１３（ａ）に示すように、画像表示装置２００Ｃは、３Ｄ表示を行う場合、透過・拡散板２２２の光を透過させる透過領域Ｐに対応するＬＥＤのみを発光させ、表示パネル２２３に要素画像ｅを表示する。
これによって、画像表示装置２００Ｃは、点光源であるＬＥＤの光を表示パネル２２３に投射することで、観察者Ｍに立体像を視認させることができる。 As shown in FIG. 13, the method described in Patent Document 1 switches between 3D display and 2D display on an image display device 200C including a point light source array 221, a transmission / diffusion plate 222, and a display panel 223. ..
As shown in FIG. 13A, when performing 3D display, the image display device 200C emits only the LED corresponding to the transmission region P that transmits the light of the transmission / diffusion plate 222, and causes the display panel 223 to emit an element image. e is displayed.
As a result, the image display device 200C can make the observer M visually recognize the stereoscopic image by projecting the light of the LED, which is a point light source, onto the display panel 223.

一方、図１３（ｂ）に示すように、画像表示装置２００Ｃは、２Ｄ表示を行う場合、透過・拡散板２２２の光を拡散させる拡散領域Ｄに対応するＬＥＤのみを発光させ、表示パネル２２３に二次元画像Ｇを表示する。
これによって、画像表示装置２００Ｃは、拡散光を表示パネル２２３に照射することができ、表示パネル２２３に表示した二次元画像Ｇを観察者Ｍに視認させることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 13B, when performing 2D display, the image display device 200C emits only the LED corresponding to the diffusion region D that diffuses the light of the transmission / diffusion plate 222, and causes the display panel 223 to emit light. The two-dimensional image G is displayed.
As a result, the image display device 200C can irradiate the display panel 223 with diffused light, and the observer M can visually recognize the two-dimensional image G displayed on the display panel 223.

また、図１４に示すように、画像表示装置２００Ｃは、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在させる場合、透過領域Ｐに対応するＬＥＤと、拡散領域Ｄに対応するＬＥＤとで、発光する領域を区分し、それぞれの領域に対応する表示パネル２２３に要素画像ｅまたは二次元画像Ｇを表示する。
これによって、画像表示装置２００Ｃは、観察者Ｍに立体像と二次元画像とを領域を分けて視認させることができる。 Further, as shown in FIG. 14, when the 3D display and the 2D display are mixed, the image display device 200C divides the light emitting region into the LED corresponding to the transmission region P and the LED corresponding to the diffusion region D. Then, the element image e or the two-dimensional image G is displayed on the display panel 223 corresponding to each area.
As a result, the image display device 200C allows the observer M to visually recognize the stereoscopic image and the two-dimensional image in separate areas.

特開２０１９−０８６７１０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-086710

Jae-Hyeung Park, Hak-Rin Kim, Yunhee Kim, Joohwan Kim, Jisoo Hong, Sin-Doo Lee, and Byoungho Lee, “Depth-enhanced three-dimensional-two-dimensional convertible display based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS, vol.29, No.23, pp.2734-2736, December 1, 2004.Jae-Hyeung Park, Hak-Rin Kim, Yunhee Kim, Joohwan Kim, Jisoo Hong, Sin-Doo Lee, and Byoungho Lee, “Depth-enhanced three-dimensional-two-dimensional convertible display based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS , vol.29, No.23, pp.2734-2736, December 1, 2004. Seong-Woo Cho, Jae-Hyeung Park, Yunhee Kim, Heejin Choi, Joohwan Kim, and Byoungho Lee, “Convertible two-dimensional-three-dimensional display using an LED array based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS, Vol.31, No.19, pp.2852-2854, October 1, 2006.Seong-Woo Cho, Jae-Hyeung Park, Yunhee Kim, Heejin Choi, Joohwan Kim, and Byoungho Lee, “Convertible two-dimensional-three-dimensional display using an LED array based on modified integral imaging”, OPTICS LETTERS, Vol.31 , No.19, pp.2852-2854, October 1, 2006.

非特許文献１に記載の方法は、ＰＤＬＣによって入力光全体を透過／拡散することしか制御できない。また、非特許文献２に記載の方法は、１つのＬＥＤの光をレンズアレイの複数のレンズに投射している。
そのため、非特許文献１，２に記載の方法は、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを画面全体で切り替えることしかできない。 The method described in Non-Patent Document 1 can only control the transmission / diffusion of the entire input light by PDLC. Further, the method described in Non-Patent Document 2 projects the light of one LED onto a plurality of lenses in a lens array.
Therefore, the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 can only switch between 3D display and 2D display on the entire screen.

一方、特許文献１に記載の方法は、３Ｄ表示と２Ｄ表示との領域を分けて、立体像と二次元画像とを混在して画面に表示することができる。
しかし、特許文献１に記載の方法は、３Ｄ表示のために使用するＬＥＤと、２Ｄ表示のために使用するＬＥＤとが分けられているため、３Ｄ表示時に使用しないＬＥＤや２Ｄ表示時に使用しないＬＥＤが存在することになる。
そのため、高精細な画像を表示するためには、さらなる工夫が求められていた。 On the other hand, in the method described in Patent Document 1, the 3D display and the 2D display can be divided into regions, and a stereoscopic image and a two-dimensional image can be mixed and displayed on the screen.
However, in the method described in Patent Document 1, since the LED used for 3D display and the LED used for 2D display are separated, an LED not used for 3D display and an LED not used for 2D display are used. Will exist.
Therefore, in order to display a high-definition image, further ingenuity has been required.

本発明は、このような問題や要望に鑑みてなされたものであり、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを部分的に混在させて表示することができ、従来よりも表示の解像度を高めることが可能な画像表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such problems and demands, and it is possible to display a 3D display and a 2D display in a partially mixed manner, and it is possible to increase the display resolution as compared with the conventional case. An object of the present invention is to provide an image display device.

前記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、平行光出射部と、偏光回折レンズアレイと、光拡散素子と、表示パネルと、制御部と、を備える構成とした。 In order to solve the above problems, the image display device according to the present invention is an image display device that switches between a three-dimensional image and a two-dimensional image or divides and displays them by region, and includes a parallel light emitting unit and a parallel light emitting unit. The configuration includes a polarization diffractive lens array, a light diffusing element, a display panel, and a control unit.

かかる構成において、画像表示装置は、平行光出射部によって、平行光を一方の偏光状態と他方の偏光状態とに切り替えて出射する。
この偏光状態が異なる平行光は、例えば、平行光源が発光するランダム偏光の平行光を、特定の偏光の光を通過させる偏光板と、偏光板を通過した光を異なる偏光状態に切り替える偏光切替素子とを通過させることで生成することができる。 In such a configuration, the image display device switches the parallel light between one polarized state and the other polarized state by the parallel light emitting unit and emits the parallel light.
The parallel light having different polarization states is, for example, a polarizing plate that allows randomly polarized parallel light emitted by a parallel light source to pass through light of specific polarization, and a polarization switching element that switches the light that has passed through the polarizing plate into different polarization states. It can be generated by passing through.

そして、画像表示装置は、偏光状態に応じて、光の進行方向に対して正または負の焦点距離のレンズとして機能する偏光回折レンズを二次元平面上に配列した偏光回折レンズアレイによって、偏光回折レンズごとに、平行光を集光または発散させる。
このとき、偏光回折レンズを正の焦点距離のレンズ（凸レンズ）として機能させた場合、平行光は正の焦点距離の位置に集光することになる。また、偏光回折レンズを負の焦点距離のレンズ（凹レンズ）として機能させた場合、平行光は負の焦点距離の位置を基準とする発散した光となる。 Then, the image display device is polarized by a polarizing diffractive lens array in which polarized diffractive lenses that function as lenses having a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light are arranged on a two-dimensional plane according to the polarization state. For each lens, parallel light is focused or diverged.
At this time, when the polarization diffractive lens is made to function as a lens (convex lens) having a positive focal length, the parallel light is focused at the position of the positive focal length. Further, when the polarized light diffractive lens is made to function as a lens (concave lens) having a negative focal length, the parallel light becomes diverged light with reference to the position of the negative focal length.

そして、画像表示装置は、光拡散素子によって、偏光回折レンズからの入射光を拡散させる。
これによって、正の焦点距離の位置に集光した光は、要素画像を照射するための点光源となり、負の焦点距離の位置を基準として発散した光は、二次元画像を照射するための拡散光となる。
そして、画像表示装置は、表示パネルによって、光拡散素子で拡散された光をバックライトとして、立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群、または、二次元画像を表示する。 Then, the image display device diffuses the incident light from the polarization diffractive lens by the light diffusing element.
As a result, the light focused at the position of the positive focal length becomes a point light source for irradiating the element image, and the light emitted based on the position of the negative focal length is diffused for irradiating the two-dimensional image. It becomes light.
Then, the image display device displays an integral type element image group for displaying a stereoscopic image or a two-dimensional image by using the light diffused by the light diffusing element as a backlight by the display panel.

このとき、画像表示装置は、制御部によって、要素画像群の表示領域を照射対象とする平行光を偏光回折レンズが正の焦点距離のレンズとして機能する一方の偏光状態とし、二次元画像の表示領域を照射対象とする平行光を偏光回折レンズが負の焦点距離のレンズとして機能する他方の偏光状態とするように平行光出射部を制御する。
これによって、画像表示装置は、要素画像群を表示する領域に点光源の光を照射して、観察者に立体像を視認させることができ、二次元画像を表示する領域に拡散光を照射して、観察者に二次元画像を視認させることができる。 At this time, the image display device displays a two-dimensional image by setting the parallel light whose irradiation target is the display area of the element image group to a polarized state in which the polarization diffractive lens functions as a lens having a positive focal length by the control unit. The parallel light emitting portion is controlled so that the parallel light whose irradiation target is the region is in the other polarized state in which the polarization diffractive lens functions as a lens having a negative focal length.
As a result, the image display device can irradiate the area for displaying the element image group with the light of the point light source so that the observer can visually recognize the stereoscopic image, and irradiate the area for displaying the two-dimensional image with the diffused light. Therefore, the observer can visually recognize the two-dimensional image.

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、立体像表示と二次元画像表示とを部分的に混在させて表示することができる。また、本発明によれば、立体像表示と二次元画像表示とを切り替える場合でも、立体像を表示するための光と二次元画像を表示するための光とを共用することができるため、従来よりも点光源の密度を高め、表示する画像を高解像度化することができる。 The present invention has the following excellent effects.
According to the present invention, the stereoscopic image display and the two-dimensional image display can be partially mixed and displayed. Further, according to the present invention, even when switching between the stereoscopic image display and the two-dimensional image display, the light for displaying the stereoscopic image and the light for displaying the two-dimensional image can be shared. It is possible to increase the density of the point light source and increase the resolution of the displayed image.

本発明の実施形態に係る画像表示装置の概要を説明するための装置外観の斜視図である。It is a perspective view of the appearance of the apparatus for demonstrating the outline of the image display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像表示装置の表示部の構成を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the display part of the image display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 平行光出射部が出射する光の偏光切替を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the polarization switching of the light emitted by the parallel light emitting part. 偏光回折レンズの作用を説明するための説明図であって、（ａ）は水平偏光の光を入射した状態、（ｂ）は垂直偏光の光を入射した状態を示す図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation of a polarization diffractive lens, (a) is a figure which shows the state which light of horizontal polarization is incident, and (b) is the figure which shows the state which light of vertically polarized light is incident. 偏光回折レンズの出射光の利用形態を説明するための説明図であって、（ａ）は点光源として利用する場合、（ｂ）は拡散光として利用する場合を示す図である。It is explanatory drawing for demonstrating the use form of the emission light of a polarization diffractive lens, (a) is a figure which shows the case of using as a point light source, and (b) is a figure which shows the case of using as diffused light. 本発明の実施形態に係る画像表示装置の制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control part of the image display device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像表示装置における３Ｄ表示の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation of 3D display in the image display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像表示装置における２Ｄ表示の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation of 2D display in the image display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像表示装置における３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在する動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation which mixed 3D display and 2D display in the image display apparatus which concerns on embodiment of this invention. 平行光出射部の変形例の構成を示す上面図であって、（ａ）は水平偏光の平行光を出射する処理、（ｂ）は垂直偏光の平行光を出射する処理を示す図である。It is a top view which shows the structure of the modification of the parallel light emitting part, (a) is the process which emits the parallel light of horizontal polarization, (b) is the figure which shows the process which emits the parallel light of vertically polarized light. 従来の画像表示装置の例（その１）を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。It is explanatory drawing for demonstrating the example (the 1) of the conventional image display apparatus, (a) is a figure which shows the operation of 3D display, (b) is the figure which shows the operation of 2D display. 従来の画像表示装置の例（その２）を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。It is explanatory drawing for demonstrating the example (the 2) of the conventional image display apparatus, (a) is a figure which shows the operation of 3D display, and (b) is the figure which shows the operation of 2D display. 従来の画像表示装置の例（その３）を説明するための説明図であって、（ａ）は３Ｄ表示、（ｂ）は２Ｄ表示の動作を示す図である。It is explanatory drawing for demonstrating the example (3) of the conventional image display apparatus, (a) is a figure which shows the operation of 3D display, (b) is the figure which shows the operation of 2D display. 従来の画像表示装置の３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在する動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation which mixed 3D display and 2D display of the conventional image display apparatus.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔画像表示装置の概要〕
図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像表示装置１の概要について説明する。
画像表示装置１は、立体像Ｉ_３Ｄと二次元画像Ｉ_２Ｄとを切り替えて表示するものである。図１に示すように、画像表示装置１は、表示部１０と、制御部２０と、を備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Overview of image display device]
An outline of the image display device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The image display device 1 switches between the stereoscopic image I _3D and the two-dimensional image I _2D for display. As shown in FIG. 1, the image display device 1 includes a display unit 10 and a control unit 20.

表示部１０は、画像（立体像Ｉ_３Ｄ、二次元画像Ｉ_２Ｄ）を表示するものである。なお、表示部１０は、立体像Ｉ_３Ｄについては、インテグラル方式の要素画像群を表示することで、観察者Ｍに立体像Ｉ_３Ｄを視認させる。一方、表示部１０は、二次元画像Ｉ_２Ｄについては、画面上に二次元画像そのものを表示する。
制御部２０は、表示部１０における立体像Ｉ_３Ｄの表示と、二次元画像Ｉ_２Ｄの表示とを切り替える制御を行うものである。 The display unit 10 displays an image (stereoscopic image I _3D , two-dimensional image I _2D ). The display unit 10 is, for stereoscopic image I _3D, by displaying the elemental image group integral scheme, to visually recognize the stereoscopic image I _3D the observer M. On the other hand, the display unit 10 displays the two-dimensional image itself on the screen for the two-dimensional image I _2D .
The control unit 20 controls switching between the display of the stereoscopic image I _{3D and} the display of the two-dimensional image I _{2D on} the display unit 10.

なお、画像表示装置１は、立体像Ｉ_３Ｄと二次元画像Ｉ_２Ｄとの切り替えを画面全体で行うことも可能であるし、画面の領域別に立体像Ｉ_３Ｄと二次元画像Ｉ_２Ｄとを混在させることも可能である。
以下、画像表示装置１の構成について詳細に説明する。 The image display device 1 can switch between the stereoscopic image I _3D and the two-dimensional image I _2D on the entire screen, and the stereoscopic image I _3D and the two-dimensional image I _2D are mixed for each screen area. It is also possible to let it.
Hereinafter, the configuration of the image display device 1 will be described in detail.

〔画像表示装置の構成〕
まず、図２を参照して、画像表示装置１の表示部１０の構成について説明する。図２は、図１に示した画像表示装置１の符号Ａで示す領域を透視した表示部１０の構成を示す上面図である。
図２に示すように、表示部１０は、平行光出射部１１と、偏光回折レンズアレイ１２と、光拡散素子１３と、表示パネル１４と、を備える。 [Configuration of image display device]
First, the configuration of the display unit 10 of the image display device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a top view showing the configuration of the display unit 10 through which the region indicated by reference numeral A of the image display device 1 shown in FIG. 1 is seen through.
As shown in FIG. 2, the display unit 10 includes a parallel light emitting unit 11, a polarizing diffractive lens array 12, a light diffusing element 13, and a display panel 14.

平行光出射部１１は、平行光（疑似平行光）を一方の偏光状態と他方の偏光状態とに切り替えて出射するものである。ここでは、一方の偏光状態を水平偏光、他方の偏光状態を垂直偏光とする。
図２に示すように、平行光出射部１１は、平行光源１１１と、偏光板１１２と、偏光切替素子１１３と、を備える。 The parallel light emitting unit 11 switches the parallel light (pseudo-parallel light) between one polarized state and the other polarized state and emits the light. Here, one polarization state is horizontal polarization, and the other polarization state is vertical polarization.
As shown in FIG. 2, the parallel light emitting unit 11 includes a parallel light source 111, a polarizing plate 112, and a polarization switching element 113.

平行光源１１１は、ランダム偏光の平行光（疑似平行光）を発光する一般的な面照明装置である。なお、平行光源１１１は、図１１に示したように、プロジェクタ（光源２０１）と、コリメータレンズ２０２とを用いて構成してもよい。
平行光源１１１は、平行光を偏光板１１２に照射する。 The parallel light source 111 is a general surface illuminating device that emits randomly polarized parallel light (pseudo-parallel light). As shown in FIG. 11, the parallel light source 111 may be configured by using a projector (light source 201) and a collimator lens 202.
The parallel light source 111 irradiates the polarizing plate 112 with parallel light.

偏光板１１２は、平行光源１１１から照射されるランダム偏光の平行光のうち、特定の偏光の光のみを通過させるものである。ここでは、偏光板１１２は、水平偏光のみを通過させるものとする。
偏光板１１２を通過した平行光は、偏光切替素子１１３に照射される。 The polarizing plate 112 allows only light of specific polarized light to pass through among randomly polarized parallel light emitted from the parallel light source 111. Here, it is assumed that the polarizing plate 112 passes only horizontally polarized light.
The parallel light that has passed through the polarizing plate 112 is applied to the polarization switching element 113.

偏光切替素子１１３は、偏光板１１２で特定の偏光状態（ここでは、水平偏光）のみとなった光の偏光状態を切り替えるものである。偏光切替素子１１３は、例えば、強誘電性液晶等の液晶素子を用いることができる。
ここでは、偏光切替素子１１３は、制御部２０の制御によって、水平偏光（一方の偏光状態）の光を水平偏光のまま通過させる状態と、水平偏光の光を垂直偏光（他方の偏光状態）の光に変換する状態とを切り替える。なお、偏光切替素子１１３の偏光切替の単位は、後記する偏光回折レンズ１２１に対応する照射範囲ごととする。
偏光切替素子１１３を通過した平行光（水平偏光または垂直偏光）は、偏光回折レンズアレイ１２に照射される。 The polarization switching element 113 switches the polarization state of light that is only in a specific polarization state (here, horizontal polarization) by the polarizing plate 112. As the polarization switching element 113, for example, a liquid crystal element such as a ferroelectric liquid crystal can be used.
Here, the polarization switching element 113 is controlled by the control unit 20 to allow horizontally polarized light (one polarized state) to pass through as horizontally polarized light and horizontally polarized light to pass vertically polarized light (the other polarized state). Switch between the state of converting to light. The unit of polarization switching of the polarization switching element 113 is for each irradiation range corresponding to the polarization diffraction lens 121 described later.
The parallel light (horizontal polarization or vertical polarization) that has passed through the polarization switching element 113 is applied to the polarization diffraction lens array 12.

すなわち、平行光出射部１１は、図３に示すように、平行光出射部１１によって、ランダム偏光の平行光を発光し、偏光板１１２によって、水平偏光のみを通過させる。
そして、平行光出射部１１は、偏光切替素子１１３によって、水平偏光をそのまま通過させたり、偏光状態を垂直偏光に変換したりする処理を、偏光回折レンズ１２１単位で、画面全体あるいは部分的に切り替える。
これによって、平行光出射部１１は、偏光回折レンズアレイ１２に対して、偏光回折レンズ１２１単位で一定の偏光の光を照射することができる。 That is, as shown in FIG. 3, the parallel light emitting unit 11 emits randomly polarized parallel light by the parallel light emitting unit 11, and passes only the horizontally polarized light by the polarizing plate 112.
Then, the parallel light emitting unit 11 switches the process of passing horizontal polarized light as it is or converting the polarized state into vertical polarized light by the polarization switching element 113 for the entire screen or a part of the polarized light diffusing lens 121 unit. ..
As a result, the parallel light emitting unit 11 can irradiate the polarized light diffracting lens array 12 with light having a constant polarization in units of the polarized light diffracting lens 121.

偏光回折レンズアレイ１２は、平行光出射部１１が発光する平行光の偏光状態に応じて、入射光を回折するものである。この偏光回折レンズアレイ１２は、偏光回折レンズ１２１を二次元平面上に配列して構成したものである。
偏光回折レンズ１２１は、異なる２つの偏光状態に応じて、入射光を±１次光に回折し、正または負の焦点距離を持つレンズ（凸レンズまたは凹レンズ）として機能するものである。 The polarized light diffracting lens array 12 diffracts the incident light according to the polarization state of the parallel light emitted by the parallel light emitting unit 11. The polarized diffraction lens array 12 is configured by arranging the polarized diffraction lenses 121 on a two-dimensional plane.
The polarization diffractive lens 121 diffracts incident light into ± primary light according to two different polarization states, and functions as a lens (convex lens or concave lens) having a positive or negative focal length.

ここでは、偏光回折レンズ１２１は、入射面に対して水平偏光の平行光が入射した場合、図４（ａ）に示すように、光の進行方向を正として、正の焦点距離ｆ（＞０）を持つレンズ（凸レンズ）として機能する。これによって、偏光回折レンズ１２１は、水平偏光の平行光を、正の焦点距離の位置に集光させることができる。
また、偏光回折レンズ１２１は、入射面に対して垂直偏光の平行光が入射した場合、図４（ｂ）に示すように、光の進行方向を正として、負の焦点距離ｆ（＜０）を持つレンズ（凹レンズ）として機能する。これによって、偏光回折レンズ１２１は、垂直偏光の平行光を、負の焦点距離の位置を基準として発散させることができる。
偏光回折レンズアレイ１２は、偏光状態に応じて回折した光を、光拡散素子１３に照射する。 Here, the polarized light diffractive lens 121 has a positive focal length f (> 0), where the traveling direction of the light is positive, as shown in FIG. 4A, when parallel light of horizontally polarized light is incident on the incident surface. ) Functions as a lens (convex lens). As a result, the polarized diffractive lens 121 can collect the horizontally polarized parallel light at the position of the positive focal length.
Further, when parallel light of vertically polarized light is incident on the incident surface, the polarized light diffractive lens 121 has a negative focal length f (<0) with the traveling direction of the light as positive as shown in FIG. 4 (b). Functions as a lens (concave lens) with. As a result, the polarized diffraction lens 121 can diverge vertically polarized parallel light with reference to the position of the negative focal length.
The polarized light diffracting lens array 12 irradiates the light diffusing element 13 with light diffracted according to the polarized state.

なお、このように、偏光状態に応じて光の回折を行うレンズは、特開２００６−１０６７２６号公報、特開２００８−２３３５３９号公報、特開２０１６−１３６１６５号公報等の特許文献や、以下の参考文献に記載されている公知の位相ホログラムの技術により実現することができる。
（参考文献）Jihwan Kim, Yanming Li, Matthew N. Miskiewicz, Chulwoo Oh, Michael W. Kudenov, and Michael J. Escuti, “Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts”, Optical Society of America, optica, vol.2, No.11, pp.958-964, November 2015. As for the lens that diffracts light according to the polarization state, patent documents such as JP-A-2006-106726, JP-A-2008-233539, JP-A-2016-136165, and the following It can be realized by the known phase hologram technique described in the reference.
(References) Jihwan Kim, Yanming Li, Matthew N. Miskiewicz, Chulwoo Oh, Michael W. Kudenov, and Michael J. Escuti, “Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts”, Optical Society of America, optica, vol .2, No.11, pp.958-964, November 2015.

光拡散素子１３は、偏光回折レンズ１２１から入射された光を拡散するものである。
この光拡散素子１３は、ガラス板等の光学素子に拡散加工処理を施したものを使用することができる。あるいは、光拡散素子１３は、一般的な拡散板や拡散フィルムを用いてもよい。
光拡散素子１３は、偏光回折レンズアレイ１２に対向して、偏光回折レンズアレイ１２から、偏光回折レンズ１２１の正の焦点距離だけ離間して配置する。
光拡散素子１３に入射される光が水平偏光の場合、図５（ａ）に示すように、光拡散素子１３には、偏光回折レンズアレイ１２から正の焦点距離ｆだけ離間した入射面に光が集光される。
これによって、光拡散素子１３は、正の焦点距離ｆに集光した光を点光源Ｌｏとして、表示パネル１４に照射することができる。
また、入射光が垂直偏光の場合、図５（ｂ）に示すように、光拡散素子１３には、偏光回折レンズアレイ１２から負の焦点距離ｆだけ離間した位置を仮想的に点光源とした光が入射面に照射される。
これによって、光拡散素子１３は、入射面に拡がりをもって照射された入射光をさらに拡散して、表示パネル１４に拡散光を照射することができる。 The light diffusing element 13 diffuses the light incident from the polarizing diffractive lens 121.
As the light diffusing element 13, an optical element such as a glass plate that has been subjected to a diffusing process can be used. Alternatively, a general diffusing plate or diffusing film may be used as the light diffusing element 13.
The light diffusing element 13 faces the polarization diffractive lens array 12 and is arranged at a distance from the polarization diffusing lens array 12 by the positive focal length of the polarization diffractive lens 121.
When the light incident on the light diffusing element 13 is horizontally polarized light, as shown in FIG. 5A, the light diffusing element 13 has light on an incident surface separated from the polarization diffractive lens array 12 by a positive focal length f. Is focused.
As a result, the light diffusing element 13 can irradiate the display panel 14 with the light focused to the positive focal length f as a point light source Lo.
Further, when the incident light is vertically polarized light, as shown in FIG. 5B, the light diffusing element 13 virtually uses a position separated from the polarized light diffusing lens array 12 by a negative focal length f as a point light source. Light is applied to the incident surface.
As a result, the light diffusing element 13 can further diffuse the incident light that has spread to the incident surface and irradiate the display panel 14 with the diffused light.

表示パネル１４は、光拡散素子１３で拡散された光をバックライトとして、画像を表示するものである。この表示パネル１４には、空間光変調器（例えば、透過型液晶パネル、ＭＥＭＳ〔Micro Electro Mechanical Systems〕シャッタ等）を用いることができる。
この表示パネル１４は、立体像を表示する場合、制御部２０を介して、インテグラル方式の要素画像群を表示する。また、表示パネル１４は、二次元画像を表示する場合、制御部２０を介して、二次元画像そのものを表示する。この表示パネル１４が表示する画像は、静止画像であってもよいし、複数の画像が連続する動画像であってもよい。 The display panel 14 displays an image using the light diffused by the light diffusing element 13 as a backlight. A spatial light modulator (for example, a transmissive liquid crystal panel, a MEMS [Micro Electro Mechanical Systems] shutter, or the like) can be used for the display panel 14.
When displaying a stereoscopic image, the display panel 14 displays an integral type element image group via the control unit 20. When displaying a two-dimensional image, the display panel 14 displays the two-dimensional image itself via the control unit 20. The image displayed by the display panel 14 may be a still image or a moving image in which a plurality of images are continuous.

次に、図６を参照して、制御部２０の構成について説明する。
図６に示すように、制御部２０は、３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１と、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２と、表示切替指示入力手段２３と、偏光切替制御手段２４と、を備える。 Next, the configuration of the control unit 20 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the control unit 20 includes a 3D / 2D image input means 21, a 3D / 2D image display means 22, a display switching instruction input means 23, and a polarization switching control means 24.

３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１は、インテグラル方式の要素画像群または二次元画像を入力するものである。この３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１は、入力した要素画像群または二次元画像を、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２に出力する。
３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１は、図示を省略した外部のディスク装置や、通信回線を介して画像を入力する。
なお、３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１は、要素画像群または二次元画像のいずれか一方を入力する場合と、表示する領域を分けて要素画像群と二次元画像とが混在した画像を入力する場合がある。 The 3D / 2D image input means 21 inputs an integral type element image group or a two-dimensional image. The 3D / 2D image input means 21 outputs the input element image group or two-dimensional image to the 3D / 2D image display means 22.
The 3D / 2D image input means 21 inputs an image via an external disk device (not shown) or a communication line.
The 3D / 2D image input means 21 inputs either an element image group or a two-dimensional image, or divides a display area and inputs an image in which the element image group and the two-dimensional image are mixed. There is.

３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２は、３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１で入力された画像（要素画像群，二次元画像）を入力し、表示パネル１４に表示するものである。この３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２は、図示を省略した信号線を介して、表示パネル１４と接続されている。 The 3D / 2D image display means 22 inputs an image (element image group, two-dimensional image) input by the 3D / 2D image input means 21 and displays it on the display panel 14. The 3D / 2D image display means 22 is connected to the display panel 14 via a signal line (not shown).

表示切替指示入力手段２３は、図示を省略したスイッチや、通信回線を介して、３Ｄ表示と２Ｄ表示との表示方式の切替指示を入力するものである。
具体的には、切替指示は、偏光回折レンズ１２１の領域ごとに偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替えるか否かを指示する信号である。この切替指示は、予め３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１に入力される画像に対応し、要素画像群の画像領域と二次元画像の画像領域とで、異なる偏光状態を示す指示とする。
ここでは、切替指示は、３Ｄ表示（要素画像群の表示）を行う場合、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替えない旨を示す指示で、２Ｄ表示（二次元画像の表示）を行う場合、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替える旨を示す指示とする。
表示切替指示入力手段２３は、入力した切替指示を、偏光切替制御手段２４に出力する。 The display switching instruction input means 23 inputs a display method switching instruction between the 3D display and the 2D display via a switch (not shown) or a communication line.
Specifically, the switching instruction is a signal instructing whether or not to switch the polarization state of the polarization switching element 113 for each region of the polarization diffraction lens 121. This switching instruction corresponds to the image input to the 3D / 2D image input means 21 in advance, and indicates different polarization states in the image area of the element image group and the image area of the two-dimensional image.
Here, the switching instruction is an instruction indicating that the polarization state of the polarization switching element 113 is not switched when performing 3D display (display of an element image group), and when performing 2D display (display of a two-dimensional image), polarization is performed. The instruction indicates that the polarization state of the switching element 113 is to be switched.
The display switching instruction input means 23 outputs the input switching instruction to the polarization switching control means 24.

偏光切替制御手段２４は、表示切替指示入力手段２３で入力された切替指示に応じて、平行光出射部１１の偏光切替素子１１３の偏光状態を、偏光回折レンズ１２１に対応する照射範囲ごとに切り替える。
この偏光切替制御手段２４は、図示を省略した信号線を介して、偏光切替素子１１３に接続され、電圧制御により、偏光状態を切り替える。
ここでは、偏光切替制御手段２４は、切替指示により、偏光回折レンズ１２１に対応する光の偏光状態を切り替えない場合、その偏光回折レンズ１２１の照射範囲に対応する偏光切替素子１１３への電圧の印可を行わないこととする。
また、偏光切替制御手段２４は、切替指示により、偏光回折レンズ１２１に対応する光の偏光状態を切り替える場合、その偏光回折レンズ１２１の照射範囲に対応する偏光切替素子１１３に電圧の印可を行う。 The polarization switching control means 24 switches the polarization state of the polarization switching element 113 of the parallel light emitting unit 11 for each irradiation range corresponding to the polarization diffraction lens 121 in response to the switching instruction input by the display switching instruction input means 23. ..
The polarization switching control means 24 is connected to the polarization switching element 113 via a signal line (not shown), and switches the polarization state by voltage control.
Here, when the polarization switching control means 24 does not switch the polarization state of the light corresponding to the polarization diffraction lens 121 by the switching instruction, the voltage can be applied to the polarization switching element 113 corresponding to the irradiation range of the polarization diffraction lens 121. Will not be done.
Further, when the polarization switching control means 24 switches the polarization state of the light corresponding to the polarization diffraction lens 121 by the switching instruction, the polarization switching element 113 corresponding to the irradiation range of the polarization diffraction lens 121 is applied with a voltage.

以上説明したように画像表示装置１を構成することで、画像表示装置１は、偏光回折レンズ１２１に照射する光を水平偏光または垂直偏光に切り替え、同じ光源で、表示パネル１４に照射する光を点光源または拡散光に切り替えることができる。
これによって、画像表示装置１は、３Ｄ表示と２Ｄ表示とを画面全面で切り替えたり、部分的に切り替えたりすることができる。 By configuring the image display device 1 as described above, the image display device 1 switches the light emitted to the polarization diffractive lens 121 to horizontal polarization or vertical polarization, and emits the light emitted to the display panel 14 with the same light source. It can be switched to a point light source or diffused light.
As a result, the image display device 1 can switch between the 3D display and the 2D display on the entire screen or partially.

〔画像表示装置の動作〕
次に、図７〜図９を参照（適宜図１〜図６参照）して、本発明の実施形態に係る画像表示装置１における３Ｄ表示、２Ｄ表示、３Ｄ／２Ｄ混在表示を行う動作について説明する。 [Operation of image display device]
Next, with reference to FIGS. 7 to 9 (see FIGS. 1 to 6 as appropriate), an operation of performing 3D display, 2D display, and 3D / 2D mixed display in the image display device 1 according to the embodiment of the present invention will be described. To do.

（３Ｄ表示）
まず、図７を参照して、画像表示装置１の３Ｄ表示を行う動作について説明する。
画像表示装置１は、制御部２０の表示切替指示入力手段２３によって、３Ｄ表示を行う切替指示として、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替えない旨を示す指示を入力する。
そして、画像表示装置１は、偏光切替制御手段２４によって、偏光板１１２を通過した水平偏光の平行光を、そのまま通過させるように偏光切替素子１１３を電圧制御する。具体的には、偏光切替制御手段２４は、偏光切替素子１１３への電圧の印可を行わない、あるいは、印可状態である場合には電圧の印可を停止する。
これによって、偏光切替素子１１３に入射した水平偏光の平行光は、水平偏光のままで偏光切替素子１１３を通過する。 (3D display)
First, the operation of performing the 3D display of the image display device 1 will be described with reference to FIG. 7.
The image display device 1 inputs an instruction indicating that the polarization state of the polarization switching element 113 is not switched as a switching instruction for performing 3D display by the display switching instruction input means 23 of the control unit 20.
Then, the image display device 1 voltage-controls the polarization switching element 113 by the polarization switching control means 24 so that the horizontally polarized parallel light that has passed through the polarizing plate 112 is passed as it is. Specifically, the polarization switching control means 24 does not apply the voltage to the polarization switching element 113, or stops applying the voltage when the polarization switching element 113 is in the applied state.
As a result, the horizontally polarized parallel light incident on the polarization switching element 113 passes through the polarization switching element 113 as it is horizontally polarized light.

そして、偏光切替素子１１３を通過した水平偏光の平行光は、偏光回折レンズアレイ１２の偏光回折レンズ１２１によって、偏光回折レンズ１２１ごとに光拡散素子１３に集光する。
その後、光拡散素子１３に集光した光は、光拡散素子１３によって拡散され、点光源Ｌｏとして、表示パネル１４に照射される。
そして、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１によって、要素画像群を入力し、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２によって、要素画像群を表示パネル１４に表示する。
これによって、点光源Ｌｏから出射した光が要素画像ｅに対応する領域を背面から照射することになり、正面から表示パネル１４を観察する観察者は、インテグラル方式の立体像を視認することができる。 Then, the horizontally polarized parallel light that has passed through the polarization switching element 113 is collected by the polarization diffraction lens 121 of the polarization diffraction lens array 12 on the light diffusion element 13 for each polarization diffraction lens 121.
After that, the light focused on the light diffusing element 13 is diffused by the light diffusing element 13 and irradiated to the display panel 14 as a point light source Lo.
Then, the image display device 1 inputs the element image group by the 3D / 2D image input means 21 of the control unit 20, and displays the element image group on the display panel 14 by the 3D / 2D image display means 22.
As a result, the light emitted from the point light source Lo illuminates the area corresponding to the element image e from the back surface, and the observer observing the display panel 14 from the front can visually recognize the integral stereoscopic image. it can.

（２Ｄ表示）
次に、図８を参照して、画像表示装置１の２Ｄ表示を行う動作について説明する。
画像表示装置１は、制御部２０の表示切替指示入力手段２３によって、２Ｄ表示を行う切替指示として、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替える旨を示す指示を入力する。
そして、画像表示装置１は、偏光切替制御手段２４によって、偏光板１１２を通過した水平偏光の平行光を、垂直偏光の光に変換するように偏光切替素子１１３を電圧制御する。具体的には、偏光切替制御手段２４は、偏光切替素子１１３に電圧を印可する。
これによって、偏光切替素子１１３に入射した水平偏光の平行光は、垂直偏光に変換されて偏光切替素子１１３から出射される。 (2D display)
Next, the operation of performing the 2D display of the image display device 1 will be described with reference to FIG.
The image display device 1 inputs an instruction indicating that the polarization state of the polarization switching element 113 is switched as a switching instruction for performing 2D display by the display switching instruction input means 23 of the control unit 20.
Then, the image display device 1 voltage-controls the polarization switching element 113 by the polarization switching control means 24 so as to convert the horizontally polarized parallel light passing through the polarizing plate 112 into the vertically polarized light. Specifically, the polarization switching control means 24 applies a voltage to the polarization switching element 113.
As a result, the horizontally polarized parallel light incident on the polarization switching element 113 is converted into vertically polarized light and emitted from the polarization switching element 113.

そして、偏光切替素子１１３で垂直偏光に変換された平行光は、偏光回折レンズアレイ１２の偏光回折レンズ１２１によって、偏光回折レンズ１２１ごとに発散されて、光拡散素子１３に照射される。
その後、光拡散素子１３に照射された光は、光拡散素子１３によって拡散され、表示パネル１４に照射される。
そして、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１によって、二次元画像を入力し、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２によって、二次元画像を表示パネル１４に表示する。
これによって、拡散光が二次元画像Ｇの表示領域全体を背面から照射することになり、正面から表示パネル１４を観察する観察者は、二次元画像を視認することができる。 Then, the parallel light converted into vertical polarization by the polarization switching element 113 is diverged by the polarization diffraction lens 121 of the polarization diffraction lens array 12 for each polarization diffraction lens 121 and irradiated to the light diffusion element 13.
After that, the light irradiated to the light diffusing element 13 is diffused by the light diffusing element 13 and irradiated to the display panel 14.
Then, the image display device 1 inputs a two-dimensional image by the 3D / 2D image input means 21 of the control unit 20, and displays the two-dimensional image on the display panel 14 by the 3D / 2D image display means 22.
As a result, the diffused light irradiates the entire display area of the two-dimensional image G from the back surface, and the observer who observes the display panel 14 from the front can visually recognize the two-dimensional image.

（３Ｄ／２Ｄ混在表示）
次に、図９を参照して、画像表示装置１の３Ｄ／２Ｄ混在表示を行う動作について説明する。
画像表示装置１は、制御部２０の表示切替指示入力手段２３によって、３Ｄ／２Ｄ混在表示を行う切替指示として、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替えない旨を示す指示、または、偏光切替素子１１３の偏光状態を切り替える旨を示す指示を、偏光回折レンズ１２１に対応する領域ごとに入力する。
ここでは、３Ｄ表示を行う領域の偏光回折レンズ１２１に対応する偏光切替素子１１３には、偏光状態を切り替えない旨を指示し、２Ｄ表示を行う領域の偏光回折レンズ１２１に対応する偏光切替素子１１３には、偏光状態を切り替える旨を指示する。 (3D / 2D mixed display)
Next, the operation of performing the 3D / 2D mixed display of the image display device 1 will be described with reference to FIG.
The image display device 1 indicates that the polarization state of the polarization switching element 113 is not switched, or the polarization switching element 113, as a switching instruction for performing 3D / 2D mixed display by the display switching instruction input means 23 of the control unit 20. An instruction indicating that the polarization state of the light is switched is input for each region corresponding to the polarization diffraction lens 121.
Here, the polarization switching element 113 corresponding to the polarization diffractive lens 121 in the region of 3D display is instructed not to switch the polarization state, and the polarization switching element 113 corresponding to the polarization diffraction lens 121 in the region of 2D display is instructed. Is instructed to switch the polarization state.

そして、画像表示装置１は、偏光切替制御手段２４によって、切替指示で指示された領域ごとに、偏光切替素子１１３の電圧を制御する。
具体的には、偏光切替制御手段２４は、偏光状態を切り替えない旨を指示された偏光切替素子１１３については電圧を印可せず、偏光状態を切り替える旨を指示された偏光切替素子１１３については電圧を印可する。 Then, the image display device 1 controls the voltage of the polarization switching element 113 for each region instructed by the switching instruction by the polarization switching control means 24.
Specifically, the polarization switching control means 24 does not apply a voltage to the polarization switching element 113 instructed not to switch the polarization state, and the voltage to the polarization switching element 113 instructed to switch the polarization state. Is applied.

これによって、３Ｄ表示を行う領域の水平偏光の平行光は、水平偏光のままで偏光切替素子１１３を通過する。
そして、偏光切替素子１１３を通過した水平偏光の光は、偏光回折レンズアレイ１２の偏光回折レンズ１２１によって、偏光回折レンズ１２１ごとに光拡散素子１３に集光する。
その後、光拡散素子１３に集光した光は、光拡散素子１３によって拡散され、点光源Ｌｏとして、表示パネル１４に照射される。 As a result, the horizontally polarized parallel light in the region to be displayed in 3D passes through the polarization switching element 113 with the horizontally polarized light as it is.
Then, the horizontally polarized light that has passed through the polarization switching element 113 is collected by the polarization diffraction lens 121 of the polarization diffraction lens array 12 on the light diffusion element 13 for each polarization diffraction lens 121.
After that, the light focused on the light diffusing element 13 is diffused by the light diffusing element 13 and irradiated to the display panel 14 as a point light source Lo.

一方、２Ｄ表示を行う領域の水平偏光の平行光は、偏光切替素子１１３によって、垂直偏光に変換される。
そして、偏光切替素子１１３で垂直偏光に変換された平行光は、偏光回折レンズアレイ１２の偏光回折レンズ１２１によって、偏光回折レンズ１２１ごとに発散されて、光拡散素子１３に照射される。
その後、光拡散素子１３に照射された光は、光拡散素子１３によって拡散され、表示パネル１４に照射される。 On the other hand, the horizontally polarized parallel light in the region to be displayed in 2D is converted into vertically polarized light by the polarization switching element 113.
Then, the parallel light converted into vertical polarization by the polarization switching element 113 is diverged by the polarization diffraction lens 121 of the polarization diffraction lens array 12 for each polarization diffraction lens 121 and irradiated to the light diffusion element 13.
After that, the light irradiated to the light diffusing element 13 is diffused by the light diffusing element 13 and irradiated to the display panel 14.

そして、画像表示装置１は、制御部２０の３Ｄ／２Ｄ画像入力手段２１によって、要素画像群と二次元画像とが混在した画像を入力し、３Ｄ／２Ｄ画像表示手段２２によって、画像を表示パネル１４に表示する。
これによって、要素画像ｅを表示した表示パネル１４の領域には、点光源Ｌｏから出射した光が背面照射され、正面から表示パネル１４を観察する観察者は、インテグラル方式の立体像を視認することができる。
また、二次元画像Ｇを表示した表示パネル１４の領域には、拡散光が背面照射され、正面から表示パネル１４を観察する観察者は、二次元画像を視認することができる。 Then, the image display device 1 inputs an image in which the element image group and the two-dimensional image are mixed by the 3D / 2D image input means 21 of the control unit 20, and displays the image by the 3D / 2D image display means 22. It is displayed on 14.
As a result, the area of the display panel 14 displaying the element image e is back-illuminated with the light emitted from the point light source Lo, and the observer observing the display panel 14 from the front visually recognizes the integral stereoscopic image. be able to.
Further, the area of the display panel 14 displaying the two-dimensional image G is back-illuminated with diffused light, and an observer observing the display panel 14 from the front can visually recognize the two-dimensional image.

〔変形例〕
以上、本発明の実施形態に係る画像表示装置１の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。 [Modification example]
Although the configuration and operation of the image display device 1 according to the embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this embodiment.

（平行光出射部の変形）
平行光出射部１１は、図１０に示す平行光出射部１１Ｂの構成としてもよい。
図１０（ａ）に示すように、平行光出射部１１Ｂは、平行光源１１１と、透過・遮光素子１１４と、偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂと、λ／２波長板１１６と、を備える。 (Deformation of parallel light emitting part)
The parallel light emitting unit 11 may be configured as the parallel light emitting unit 11B shown in FIG.
As shown in FIG. 10A, the parallel light emitting unit 11B includes a parallel light source 111, a transmission / light shielding element 114, polarization diffraction elements 115A and 115B, and a λ / 2 wave plate 116.

平行光源１１１は、図２で説明した平行光出射部１１の構成と同じものであるため説明を省略する。
透過・遮光素子１１４は、平行光源１１１が出射する平行光の一部を遮光するものである。透過・遮光素子１１４が光を透過する透過領域の幅Ｗ１と光を遮光する遮光領域の幅Ｗ２は同じとし、後記するλ／２波長板１１６と同じ幅とする。この透過・遮光素子１１４は、例えば、液晶パネルで構成することで、部分的に透過領域を形成したり、遮光領域を形成したりすることができる。
透過・遮光素子１１４の透過領域を透過した光は、偏光回折素子１１５Ａに照射される。 Since the parallel light source 111 has the same configuration as the parallel light emitting unit 11 described with reference to FIG. 2, the description thereof will be omitted.
The transmitting / light-shielding element 114 blocks a part of the parallel light emitted by the parallel light source 111. The width W1 of the transmission region through which the transmissive / light-shielding element 114 transmits light and the width W2 of the light-shielding region that shields light are the same, and are the same width as the λ / 2 wave plate 116 described later. By forming the transmission / light-shielding element 114, for example, a liquid crystal panel, it is possible to partially form a transmission region or a light-shielding region.
The light transmitted through the transmission region of the transmission / light-shielding element 114 is applied to the polarization diffraction element 115A.

偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂは、２枚１組で、平行光源１１１から照射される入射光を偏光状態に応じて回折し、光軸をシフトさせるものである。
それぞれの偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂは、水平偏光または垂直偏光の入射光を、偏光状態に応じて、異なる方向に±１次光として回折させるものである。
この偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂは、水平偏光または垂直偏光の入射光の偏光状態に応じて、回折格子の溝方向を上下方向としたとき、左右方向に入射光を回折させる。
ここでは、偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂは、射出光線の位相を１８０度ずらして対向させ、光軸が透過領域の幅Ｗ１の１／２ずれるように予め定めた距離だけ離間して配置する。
なお、偏光状態に応じて、回折方向を変える偏光回折素子１１５Ａ，１１５Ｂには、公知の素子を用いればよい。例えば、特開２００８−２３３５３９号公報、特開２０１６−１３６１６５号公報、特開２００６−１０６７２６号公報等で開示されている偏光回折素子を用いることができる。
ここでは、偏光回折素子１１５Ａは、入射した平行光のうち、垂直偏光の光を水平偏光に変換し、−１次光として、偏光回折素子１１５Ｂに照射する。
また、偏光回折素子１１５Ａは、入射した平行光のうち、水平偏光の光を垂直偏光に変換し、＋１次光として、偏光回折素子１１５Ｂに照射する。
偏光回折素子１１５Ｂは、偏光回折素子１１５Ａから照射される水平偏光の光を垂直偏光の光に変換し、＋１次光として、λ／２波長板１１６に照射する。
また、偏光回折素子１１５Ｂは、偏光回折素子１１５Ａから照射される垂直偏光の光を水平偏光の光に変換し、−１次光として、偏光回折レンズアレイ１２（図２）に照射する。 The polarization diffraction elements 115A and 115B are a set of two elements that diffract the incident light emitted from the parallel light source 111 according to the polarization state and shift the optical axis.
The polarized light diffracting elements 115A and 115B diffract the incident light of horizontally polarized light or vertically polarized light as ± primary light in different directions depending on the polarization state.
The polarized light diffractometers 115A and 115B diffract the incident light in the left-right direction when the groove direction of the diffraction grating is set in the vertical direction according to the polarization state of the incident light of horizontal polarization or vertical polarization.
Here, the polarization diffraction elements 115A and 115B are arranged so that the phases of the emitted light rays are shifted by 180 degrees and face each other, and the optical axes are separated by a predetermined distance so as to be shifted by 1/2 of the width W1 of the transmission region.
A known element may be used for the polarizing diffraction elements 115A and 115B that change the diffraction direction according to the polarization state. For example, the polarizing diffraction element disclosed in JP-A-2008-2353539, JP-A-2016-136165, JP-A-2006-106726, and the like can be used.
Here, the polarization diffraction element 115A converts the vertically polarized light of the incident parallel light into horizontal polarization and irradiates the polarization diffraction element 115B as -1st order light.
Further, the polarization diffraction element 115A converts the horizontally polarized light from the incident parallel light into vertical polarization and irradiates the polarization diffraction element 115B as +1st order light.
The polarization diffraction element 115B converts the horizontally polarized light emitted from the polarization diffraction element 115A into vertically polarized light, and irradiates the λ / 2 wave plate 116 as +1st order light.
Further, the polarized diffraction element 115B converts the vertically polarized light emitted from the polarized diffraction element 115A into horizontally polarized light, and irradiates the polarized diffraction lens array 12 (FIG. 2) as -1st order light.

λ／２波長板１１６は、入射光に対して１／２波長の位相差を生じさせて、偏光方向を９０度回転させるものである。
ここでは、λ／２波長板１１６は、透過・遮光素子１１４の透過領域の幅Ｗ１と同じ幅で、透過・遮光素子１１４の透過領域に対して幅Ｗ１の１／２だけ水平方向（ｘ方向）にずらして配置する。
λ／２波長板１１６は、偏光回折素子１１５Ｂから照射される垂直偏光の光を水平偏光の光に変換し、偏光回折レンズアレイ１２（図２）に照射する。
これによって、偏光回折レンズアレイ１２（図２）に照射される光は、すべて水平偏光の光となり、平行光出射部１１Ｂは、水平偏光の平行光を生成することができる。 The λ / 2 wave plate 116 causes a phase difference of 1/2 wavelength with respect to the incident light, and rotates the polarization direction by 90 degrees.
Here, the λ / 2 wave plate 116 has the same width as the width W1 of the transmission region of the transmission / light-shielding element 114, and is horizontal (x direction) by 1/2 of the width W1 with respect to the transmission region of the transmission / light-shielding element 114. ) And place it.
The λ / 2 wave plate 116 converts the vertically polarized light emitted from the polarized diffraction element 115B into horizontally polarized light, and irradiates the polarized diffraction lens array 12 (FIG. 2).
As a result, all the light emitted to the polarized light diffractive lens array 12 (FIG. 2) becomes horizontally polarized light, and the parallel light emitting unit 11B can generate horizontally polarized parallel light.

なお、平行光出射部１１Ｂは、垂直偏光の平行光を生成する場合、図１０（ｂ）に示すように、透過・遮光素子１１４の透過領域と遮断領域とを切り替えればよい。
この透過・遮光素子１１４の切り替えは、図６で説明した制御部２０の偏光切替制御手段２４で行えばよい。 When the parallel light emitting unit 11B generates vertically polarized parallel light, the parallel light emitting unit 11B may switch between the transmission region and the blocking region of the transmitting / light-shielding element 114 as shown in FIG. 10B.
The switching of the transmission / light-shielding element 114 may be performed by the polarization switching control means 24 of the control unit 20 described with reference to FIG.

すなわち、画像表示装置１が３Ｄ表示を行う場合、偏光切替制御手段２４は、図１０（ａ）に示すような透過領域と遮光領域となるように透過・遮光素子１１４を制御する。
また、画像表示装置１が２Ｄ表示を行う場合、偏光切替制御手段２４は、図１０（ｂ）に示すような透過領域と遮光領域となるように透過・遮光素子１１４を制御する。
また、画像表示装置１が３Ｄ表示と２Ｄ表示とを混在して表示する場合、偏光切替制御手段２４は、３Ｄ表示を行う領域に対しては、図１０（ａ）に示すような透過領域と遮光領域となるように透過・遮光素子１１４を制御する。また、偏光切替制御手段２４は、２Ｄ表示を行う領域に対しては、図１０（ｂ）に示すような透過領域と遮光領域となるように透過・遮光素子１１４を制御する。
このように、平行光出射部１１Ｂは、平行光出射部１１（図２）で示した偏光板１１２がなく、光効率のロスが少ないため、高輝度な画像を表示することができる。 That is, when the image display device 1 performs 3D display, the polarization switching control means 24 controls the transmission / light-shielding element 114 so as to be a transmission region and a light-shielding region as shown in FIG. 10A.
Further, when the image display device 1 performs 2D display, the polarization switching control means 24 controls the transmission / light-shielding element 114 so as to be a transmission region and a light-shielding region as shown in FIG. 10B.
Further, when the image display device 1 displays both the 3D display and the 2D display in a mixed manner, the polarization switching control means 24 has a transmission region as shown in FIG. 10A with respect to the region for performing the 3D display. The transmission / light-shielding element 114 is controlled so as to be a light-shielding region. Further, the polarization switching control means 24 controls the transmission / light-shielding element 114 so as to be a transmission region and a light-shielding region as shown in FIG. 10B for a region for 2D display.
As described above, the parallel light emitting unit 11B does not have the polarizing plate 112 shown in the parallel light emitting unit 11 (FIG. 2), and the loss of light efficiency is small, so that a high-luminance image can be displayed.

（その他）
以上説明した実施形態において、一方の偏光状態を垂直偏光、他方の偏光状態を水平偏光としても構わない。
また、ここでは、水平偏光および垂直偏光で光の回折を制御したが、一方の偏光状態を左円偏光、他方の偏光状態を右円偏光、または、一方の偏光状態を右円偏光、他方の偏光状態を左円偏光として、光の回折を制御しても構わない。 (Other)
In the embodiment described above, one polarized state may be vertically polarized light and the other polarized state may be horizontally polarized light.
Here, the diffraction of light is controlled by horizontal polarization and vertical polarization, but one polarization state is left circular polarization and the other polarization state is right circular polarization, or one polarization state is right circular polarization and the other. The polarization of light may be controlled by setting the polarization state to left circular polarization.

１画像表示装置
１０表示部
１１，１１Ｂ平行光出射部
１１１平行光源
１１２偏光板
１１３偏光切替素子
１１４透過・遮光素子
１１５Ａ，１１５Ｂ偏光回折素子
１１６ λ／２波長板
１２偏光回折レンズアレイ
１２１偏光回折レンズ
１３光拡散素子
１４表示パネル
２０制御部
２１３Ｄ／２Ｄ画像入力手段
２２３Ｄ／２Ｄ画像表示手段
２３表示切替指示入力手段
２４偏光切替制御手段
Ｌｏ点光源 1 Image display device 10 Display unit 11, 11B Parallel light emission unit 111 Parallel light source 112 Polarizing plate 113 Polarization switching element 114 Transmission / shading element 115A, 115B Polarization diffractometer 116 λ / 2 wavelength plate 12 Polarization diffractive lens array 121 Polarized diffractive lens 13 Light diffusing element 14 Display panel 20 Control unit 21 3D / 2D image input means 22 3D / 2D image display means 23 Display switching instruction input means 24 Polarization switching control means Lo point light source

Claims

An image display device that switches between a three-dimensional image and a two-dimensional image, or divides and displays them by area.
A parallel light emitting part that switches and emits parallel light between one polarized state and the other polarized state
A polarized diffractive lens array in which polarized diffractive lenses that function as lenses having a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light are arranged on a two-dimensional plane according to the polarization state.
A light diffusing element that is arranged apart from the polarized light diffusing lens array by the positive focal length of the polarized light diffusing lens and diffuses incident light.
An integral type element image group for displaying the stereoscopic image or a display panel for displaying the two-dimensional image using the light diffused by the light diffusing element as a backlight.
The parallel light whose irradiation target is the element image group is set to the one polarization state in which the polarization diffractive lens functions as a lens having a positive focal length, and the parallel light whose irradiation target is the display region of the two-dimensional image is defined. A control unit that controls the parallel light emitting unit so that the polarization diffractive lens is in the other polarized state that functions as a lens having a negative focal length.
An image display device comprising.

The parallel light emitting part is
A parallel light source that emits randomly polarized parallel light,
A polarizing plate that allows light of specific polarized light emitted by the parallel light source to pass through,
A polarization switching element that switches the light that has passed through the polarizing plate to the one polarization state or the other polarization state for each predetermined irradiation range.
The image display device according to claim 1, further comprising.

The parallel light emitting part is
A parallel light source that emits randomly polarized parallel light,
A transmissive / light-shielding element in which regions that transmit and block the parallel light are alternately arranged, and
Two polarized light diffractions that sequentially diffract the parallel light transmitted through the transmitting / light-shielding element according to the polarization state and shift the optical axis in two directions as light in the one polarization state and the other polarization state. With the element
A λ / 2 wave plate that rotates the polarization direction of the light in the polarized state of one of the two directions by 90 degrees, and
The image display device according to claim 1, further comprising.

The claim is characterized in that one of the polarized states is horizontally polarized light and the other polarized state is vertically polarized, or the other polarized state is vertically polarized and the other polarized state is horizontally polarized. The image display device according to any one of claims 1 to 3.

The one polarized state is left circularly polarized and the other polarized state is right circularly polarized, or the one polarized state is right circularly polarized and the other polarized state is left circularly polarized. The image display device according to any one of claims 1 to 3.