JP2021156914A - レンズアレイ及び立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる立体表示装置を提供する。【解決手段】立体表示装置１は、ランダムレンズアレイ２０と、要素画像ｅを表示する要素画像表示手段１０と、を備える光線再生型の立体表示装置であって、ランダムレンズアレイ２０は、平面上に配列された複数の要素レンズ２１で構成され、要素レンズ２１は、同一の焦点距離ｆを有し、レンズ面の曲率中心位置が所定の範囲内でランダムにシフトしており、要素画像表示手段１０とランダムレンズアレイ２０との距離が要素レンズ２１の焦点距離ｆに等しくなるように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光線再生型の立体表示装置に備えられるレンズアレイ及びその立体表示装置に関する。

光線再生型の立体方式の一つとして、２次元画像（要素画像）にレンズアレイを用いて３次元画像を表示するインテグラル立体方式が知られている。図１５に示すように、従来のインテグラル立体表示装置９は、複数の要素レンズ９１で構成されたレンズアレイ９０と、レンズアレイ９０から焦点距離ｆだけ離して配置された直視型のディスプレイ９２とを備える。レンズアレイ９０は、同じ形状の要素レンズ９１が２次元方向に配列された周期性のある構造（周期構造）を有する。また、ディスプレイ９２は、各画素９３がＲＧＢのサブ画素９３_Ｒ，９３_Ｇ，９３_Ｂを有し、サブ画素９３_Ｒ，９３_Ｇ，９３_Ｂが周期的に配列された周期構造を有する。従って、ディスプレイ９２に表示された２次元画像も周期構造を有する。

ここで、従来のインテグラル立体表示装置９では、２次元画像の表示面をレンズアレイ９０でサンプリングするため、２次元画像とレンズアレイ９０との周期構造によって、色モアレが生じることがある。この色モアレを抑制するには、２次元画像の周期構造をぼかせばよい。そこで、拡散フィルムを２次元画像の表示面に取り付けて画素の周期構造をぼかしたり、又は、２次元画像の表示面をレンズアレイ９０の焦点距離から外してデフォーカス状態にする技術が提案されている（非特許文献１）。さらに、色モアレを抑制するため、時分割で画素ずらしを行う技術も提案されている（非特許文献２）。

M. Okui, M. Kobayashi, J. Arai, and F. Okano: "Moire fringe reduction by optical filters in integral three-dimensional imaging on a color flat-panel display," Appl. Opt., Vol.44, No.21, pp. 4475-4483 (2005) H. Sasaki, H. Watanabe, N. Okaichi, K. Hisatomi, M. Kawakita, "Color moire reduction method for thin integral 3D displays," IEEE VR 2019: the 26th IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (2019)

しかし、非特許文献１に記載の技術では、拡散フィルム又はデフォーカスにより３次元画像の解像度特性が低下し、画質低下を招くという問題がある。また、非特許文献２に記載の手法では、時分割画素ずらし用の光学素子を複数重ねるので構成が複雑になり、フリッカやクロストークの影響により画質低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できるレンズアレイ及び立体表示装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るレンズアレイは、光線再生型の立体表示装置に備えられるレンズアレイであって、レンズアレイは、平面上に配列された複数の要素レンズで構成され、要素レンズは、同一の焦点距離を有し、レンズ面の曲率中心位置が所定の範囲内でランダムにシフトしている構成とした。

かかるレンズアレイによれば、各要素レンズの曲率中心位置をランダムにシフトさせたので、色モアレの原因となるレンズアレイの周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。また、このレンズアレイによれば、要素レンズの焦点位置を要素画像の表示面に合わせられるので、３次元画像の解像度特性を低下させることがない。さらに、このレンズアレイによれば、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、レンズアレイによれば、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る立体表示装置は、本発明に係るレンズアレイと、要素画像を表示する要素画像表示手段と、を備える光線再生型の立体表示装置であって、要素画像表示手段及びレンズアレイは、要素画像表示手段とレンズアレイとの距離が要素レンズの焦点距離に等しくなるように配置され、要素画像表示手段は、要素レンズに対応した要素画像を表示する構成とした。

かかる立体表示装置によれば、各要素レンズの曲率中心位置をランダムにシフトさせたので、色モアレの原因となるレンズアレイの周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。また、この立体表示装置によれば、要素レンズの焦点位置を要素画像の表示面に合わせられるので、３次元画像の解像度特性を低下させることがない。さらに、この立体表示装置によれば、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、立体表示装置によれば、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る立体表示装置は、ピンホールアレイと、要素画像を表示する要素画像表示手段と、を備える光線再生型の立体表示装置であって、ピンホールアレイは、２次元方向に配列された複数のピンホールで構成され、ピンホールは、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、要素画像表示手段の１画素のサイズ以内で位置がランダムにシフトしており、要素画像表示手段は、ピンホールに対応した要素画像を表示する構成とした。

かかる立体表示装置によれば、各ピンホールの配置位置をランダムにシフトさせたので、色モアレの原因となるピンホールアレイの周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。さらに、この立体表示装置によれば、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、立体表示装置によれば、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る立体表示装置は、要素画像を表示する透過型の要素画像表示手段と、要素画像表示手段の背面に配置された点光源アレイと、を備える光線再生型の立体表示装置であって、点光源アレイは、２次元方向に配列された複数の点光源で構成され、点光源は、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、要素画像表示手段の１画素のサイズ以内で位置がランダムにシフトしている構成とした。

かかる立体表示装置によれば、各点光源の配置位置をランダムにシフトさせたので、色モアレの原因となる点光源アレイの周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。さらに、この立体表示装置によれば、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、立体表示装置によれば、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

本発明によれば、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

第１実施形態に係る立体表示装置の概略構成図である。 第１実施形態に係るレンズアレイを説明する説明図である。 （ａ）は要素レンズの配列位置を説明する説明図であり、（ｂ）は要素レンズのシフト量を説明する説明図であり、 （ａ）はベイヤー構造を説明する説明図であり、（ｂ）は短冊構造を説明する説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は変形例１に係るレンズアレイを説明する説明図である。 第２実施形態に係る立体表示装置の概略構成図である。 第２実施形態に係るレンズアレイを説明する説明図である。 第２実施形態において、要素レンズの形状及び大きさを変更する方法を説明する説明図である。 第３実施形態に係るレンズアレイを説明する説明図である。 （ａ）は要素レンズのシフト量を説明する説明図である。 第４実施形態に係る立体表示装置の概略構成図である。 （ａ）はピンホールの配列位置を説明する説明図であり、（ｂ）はピンホールのシフト量を説明する説明図である。 第５実施形態に係る立体表示装置の概略構成図である。 （ａ）は点光源の配列位置を説明する説明図であり、（ｂ）は点光源のシフト量を説明する説明図である。 従来のインテグラル立体表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に説明する各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、各実施形態において、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略することがある。

（第１実施形態）
［立体表示装置の構成］
図１を参照し、第1実施形態に係る立体表示装置１の構成について説明する。
図１に示すように、立体表示装置１は、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段１０と、ランダムレンズアレイ２０とを備える。また、図１には、要素画像ｅで構成された要素画像群Ｅと、立体像（３次元画像）Ｔとを図示した。

要素画像表示手段１０は、要素画像群Ｅを表示する一般的な表示装置である。この要素画像表示手段１０としては、液晶ディスプレイ、直視型のフラットパネルディスプレイ、及び、プロジェクターを例示できる。例えば、直視型のフラットパネルディスプレイとしては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）を利用したディスプレイがあげられる。

ランダムレンズアレイ２０は、平面上に配列された複数の要素レンズ２１で構成されている。なお、ランダムレンズアレイ２０が、請求項に記載のレンズアレイに相当するものであり、その詳細を後記する。

ここで、要素画像表示手段１０及びランダムレンズアレイ２０は、要素画像表示手段１０とランダムレンズアレイ２０との距離が要素レンズ２１の焦点距離ｆに等しくなるように配置されている。そして、立体表示装置１では、各要素レンズ２１の位置や大きさに対応した要素画像ｅを要素画像表示手段１０に表示すると、要素画像ｅの画素からの光線が再生され、立体像Ｔが表示される。

［ランダムレンズアレイの構造］
図１〜図４を参照し、ランダムレンズアレイ２０の構造について説明する。
ランダムレンズアレイ２０は、各要素レンズ２１のレンズ面において、曲率中心位置ｓが不規則（ランダム）である。その一方、ランダムレンズアレイ２０は、各要素レンズ２１のレンズ面が同一の形状で同一の大きさとなっている。本実施形態では、ランダムレンズアレイ２０は、図２に示すように、正六角形の要素レンズ２１が２次元方向（水平方向及び垂直方向）に樽積み状に配列されている。
なお、図２では、曲率中心位置ｓを要素レンズ２１の内部に図示したが、この曲率中心位置ｓが要素レンズ２１のレンズ面上に位置することを意味するものではない。

図３（ａ）に示すように、各要素レンズ２１は、曲率中心位置ｓが所定の範囲内でランダムにシフトしている。具体的には、要素レンズ２１は、レンズ面の中心ｃに対して、要素画像表示手段１０の１画素のサイズ以内で曲率中心位置ｓがランダムにシフトしている。言い換えるなら、要素レンズ２１は、レンズ面の中心ｃに対して、要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内で曲率中心位置ｓがランダムにシフトしている。

なお、レンズ面の中心ｃとは、同一の形状で同一の大きさの要素レンズ２１を規則正しく配列したときの中心位置のことである。図３（ａ）に示すように、正六角形の要素レンズ２１を樽積み状に配列した場合、レンズ面の中心ｃは、水平方向及び垂直方向に整列している。

図４（ａ）に示すように、要素画像のサブ画素構造（要素画像表示手段１０のサブピクセル構造）が、ベイヤー構造の場合を考える。図３（ｂ）に示すように、水平方向及び垂直方向のそれぞれについて、要素レンズ２１の曲率中心位置ｓのシフト量をΔｘ，Δｙとする。図３（ｂ）では、水平方向に曲率中心位置ｓをシフト量Δｘだけシフトさせたときのレンズ面の曲率を実線で図示し、曲率中心位置ｓがレンズ面の中心ｃにあるときの曲率を破線で図示した。
なお、垂直方向に曲率中心位置ｓをシフト量Δｙだけランダムにシフトさせた場合も同様となるため、図示を省略した。

この場合、色モアレを抑制するには、要素レンズ２１を要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内でランダムにシフトさせれば十分であると考えられる。そこで、要素レンズ２１のシフト量Δｘ，Δｙは、以下の式（１）で表されるように、２次元画像の１画素のサイズpの範囲内にすることが好ましい。ここで、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でランダムな値を与える。特に、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でどの値も一様に同じ確率で発生するような分布に従ったランダムな値であることが好ましい。これにより、サブ画素構造に起因する色モアレや、画素間のブラックマトリクスによる輝度モアレも抑制できる。
−ｐ／２≦Δｘ≦ｐ／２、−ｐ／２≦Δｙ≦ｐ／２ （１）

また、図４（ｂ）に示すように、２次元画像のサブ画素構造が、水平方向に短冊状に配列された短冊構造の場合を考える。この場合、要素レンズ２１は、水平方向のみにΔｘだけ、曲率中心位置ｓをランダムにシフトさせればよい。

また、要素レンズ２１は、同一の焦点距離ｆ（図１）を有する。ここで、要素レンズ２１の焦点距離ｆは、特に制限されず、例えば、立体表示装置１により再生する３次元画像の空間解像度、視域や奥行き範囲を考慮して任意に設定できる。
また、ランダムレンズアレイ２０は、一般的な素材で形成できる。例えば、ランダムレンズアレイ２０の素材としては、光学ガラスやアクリル樹脂があげられる。

［要素画像群の生成］
以下、ランダムレンズアレイ２０に対応した要素画像群Ｅの生成方法について補足する。
立体表示装置１は、各要素レンズ２１のシフト量が１画素以内であるため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Ｅをそのまま表示できる。つまり、ランダムレンズアレイ２０に対応した要素画像群Ｅは、一般的な手法（例えば、多視点画像のＣＧ処理やインテグラル立体撮影装置による撮影）で生成できる。

また、各要素レンズ２１のシフト量に応じて、要素画像ｅの位置を同じ量だけシフトさせてもよい。例えば、各要素レンズ２１のシフト量を示す設計情報を参照し、各要素レンズ２１に対応した要素画像ｅの中心位置を上下左右にシフトさせることで、要素画像群Ｅを生成する。ここで、３次元モデルから要素画像ｅをレンダリングする際、ランダムレンズアレイ２０の各要素レンズ２１のシフト量を考慮して、各要素画像ｅを１画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。

［作用・効果］
第1実施形態に係る立体表示装置１では、各要素レンズ２１の曲率中心位置をずらしたので、色モアレの原因となるランダムレンズアレイ２０の周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。また、立体表示装置１では、要素レンズ２１の焦点位置ｆを要素画像ｅの表示面に合わせられるので、３次元画像の解像度特性を低下させることがない。さらに、立体表示装置１では、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、立体表示装置１では、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

（変形例１）
前記した第1実施形態では、要素レンズ２１の形状が正六角形であることとして説明したが、これに限定されない。図５（ａ）に示すように、ランダムレンズアレイ２０Ｂは、円形の要素レンズ２１Ｂを縦横に正方配列してもよい。また、ランダムレンズアレイ２０Ｂは、図５（ｂ）に示すように、円形の要素レンズ２１Ｂを樽積み状に配列してもよい。各要素レンズ２１Ｂは、図３（ａ）の要素レンズ２１と同様、曲率中心位置ｓが要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内でシフトしている。なお、要素レンズ２１Ｂが形成されていない非レンズ部分からの光の漏れが生じる場合、この非レンズ部分をマスクで遮光するか、又は、この非レンズ部分に要素画像ｅを表示しなければよい。

（第２実施形態）
［立体表示装置の構成］
図６を参照し、第２実施形態に係る立体表示装置１Ｃの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
第１実施形態では、要素レンズ２１が同一の形状及び同一の大きさであり、曲率中心位置ｓのみが異なることとして説明した。その一方、第２実施形態では、要素レンズ２１Ｃは、曲率中心位置ｓだけでなく、レンズ面の形状又は大きさの少なくとも一方が異なる。
図６に示すように、立体表示装置１Ｃは、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段１０と、ランダムレンズアレイ２０Ｃとを備える。

［ランダムレンズアレイの構造］
図６〜図８を参照し、ランダムレンズアレイ２０Ｃの構造について説明する。
ランダムレンズアレイ２０Ｃは、平面上に配列された複数の要素レンズ２１Ｃで構成されている。本実施形態では、ランダムレンズアレイ２０Ｃは、図７に示すように、六角形の要素レンズ２１Ｃが２次元方向（水平方向及び垂直方向）に樽積み状に配列されている。

また、ランダムレンズアレイ２０Ｃは、各要素レンズ２１のレンズ面において、曲率中心位置ｓが不規則（ランダム）である。さらに、ランダムレンズアレイ２０は、各要素レンズ２１Ｃのレンズ面が異なる形状で異なる大きさとなっている。

図７に示すように、要素レンズ２１Ｃは、隣接する要素レンズ２１Ｃとの間に隙間が生じないように密接して配列されている。また、要素レンズ２１Ｃは、各辺の長さが異なる六角形であり、その大きさも異なる。また、要素レンズ２１Ｃは、第１実施形態と同様、曲率中心位置ｓがシフトしている。具体的には、要素レンズ２１Ｃは、その要素レンズ２１Ｃの中心に対して、要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内で曲率中心位置ｓがシフトしている。

図８を参照し、要素レンズ２１Ｃの形状及び大きさを変更する方法の一例を説明する。図８には、正六角形の要素レンズ２１_１〜２１_７を７個図示した。また、形状及び大きさを変更した後の要素レンズ２１Ｃを破線で図示した。

ここでは、他の要素レンズ２１_２〜２１_７に囲まれた中央の要素レンズ２１_１を形状及び大きさの変更対象とする。まず、７個全ての要素レンズ２１_１〜２１_７の曲率中心位置ｓ_１〜ｓ_７を第１実施形態と同様にシフトさせる。次に、形状及び大きさの変更対象となる要素レンズ２１_１の曲率中心位置ｓ_１と、この要素レンズ２１_１に隣接する左上の要素レンズ２１_７の曲率中心位置ｓ_７との中間ｍ_７を求める。同様に、要素レンズ２１_１の曲率中心位置ｓ_１と、他の要素レンズ２１_２〜２１_６の曲率中心位置ｓ_２〜ｓ_６との中間ｍ_２〜ｍ_６を求める。そして、要素レンズ２１_１の各辺が中間ｍ_２〜ｍ_７を通過するように、要素レンズ２１Ｃのレンズ面の形状及び大きさを変更すればよい。
なお、他の要素レンズ２１_２〜２１_７の形状及び大きさも同様に変更できる。また、中間点ｍと隣接する２つの要素レンズ２１の曲率中心位置ｓとの距離は、必ずしも等しくなくともよい。

［要素画像群の生成］
以下、ランダムレンズアレイ２０Ｃに対応した要素画像群Ｅの生成方法について補足する。ランダムレンズアレイ２０Ｃに対応した要素画像群Ｅは、第１実施形態と同様、一般的な手法で生成できる。また、各要素レンズ２１のシフト量及び大きさを示す設計情報を参照し、各要素レンズ２１に対応した要素画像ｅの中心位置を上下左右にシフトさせると共に、要素画像ｅを拡大又は縮小することで、要素画像群Ｅを生成できる。ここで、３次元モデルから要素画像ｅをレンダリングする際、ランダムレンズアレイ２０Ｃの各要素レンズ２１のシフト量を考慮して、各要素画像ｅを１画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。

［作用・効果］
第２実施形態に係る立体表示装置１Ｃでは、各要素レンズ２１Ｃの曲率中心位置ｓをずらしたので、第１実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。さらに、立体表示装置１Ｃでは、各要素レンズ２１Ｃの形状及び大きさの少なくとも一方が異なるので、色モアレの原因となるランダムレンズアレイ２０Ｃの周期性がさらに低下し、画質劣化を大幅に抑制できる。

（第３実施形態）
［レンズアレイの構造］
図９及び図１０を参照し、第３実施形態に係るランダムレンズアレイ２０Ｄの構造について、第１実施形態と異なる点を説明する。
前記した第１実施形態では、インテグラル立体方式であることとして説明したが、本実施形態ではレンチキュラ立体方式である点が異なる。

ランダムレンズアレイ２０Ｄは、平面上に配列された複数の要素レンズ２１Ｄで構成されている。本実施形態では、ランダムレンズアレイ２０Ｄは、図９に示すように、かまぼこ状の要素レンズ２１Ｄが１次元方向（水平方向）に配列されている。つまり、ランダムレンズアレイ２０Ｄは、要素レンズ２１Ｄとしてのレンチキュラレンズが水平方向に配列されたレンチキュラレンズアレイである。

レンチキュラ立体方式では水平方向のみに視差を有するため、図１０に示すように、要素レンズ２１Ｄの曲率中心位置ｓを水平方向のみにシフトさせればよい。つまり、前記した式（１）に表されるように、要素レンズ２１Ｄの曲率中心位置ｓを水平方向にシフト量Δｘだけシフトさせればよい。

［要素画像群の生成］
以下、ランダムレンズアレイ２０Ｄに対応した要素画像群Ｅの生成方法について補足する。
各要素レンズ２１Ｄのシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Ｅをそのまま表示できる。つまり、ランダムレンズアレイ２０Ｄに対応した要素画像群Ｅは、一般的な手法（例えば、多視点画像からのＣＧ処理）で生成できる。

また、各要素レンズ２１Ｄのシフト量に応じて、要素画像ｅの位置を同じ量だけシフトさせてもよい。例えば、各要素レンズ２１Ｄのシフト量を示す設計情報を参照し、各要素レンズ２１Ｄに対応した要素画像ｅの中心位置を左右にシフトさせることで、要素画像群Ｅを生成する。ここで、３次元モデルから要素画像ｅをレンダリングする際、ランダムレンズアレイ２０Ｄの各要素レンズ２１Ｄのシフト量を考慮して、各要素画像ｅを１画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。

［作用・効果］
第３実施形態に係るランダムレンズアレイ２０Ｄでは、各要素レンズ２１Ｄの曲率中心位置ｓをずらしたので、第１実施形態と同様にレンチキュラ立体方式でも、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

（第４実施形態）
［立体表示装置の構成］
図１１を参照し、第４実施形態に係る立体表示装置１Ｅの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
前記した第１実施形態では、ランダムレンズアレイを用いることとして説明したが、本実施形態ではランダムピンホールアレイ３０を用いる点が異なる。
図１１に示すように、立体表示装置１Ｅは、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段１０Ｅと、ランダムピンホールアレイ３０とを備える。

要素画像表示手段１０Ｅは、第１実施形態と同様、要素画像群Ｅを表示する一般的な表示装置である。
ランダムピンホールアレイ３０は、２次元方向（水平方向及び垂直方向）に配列された複数のピンホール３１で構成されている。例えば、ランダムピンホールアレイ３０としては、一般的な精密ピンホールが配列されたものがあげられる。なお、ランダムピンホールアレイ３０が、請求項に記載のピンホールアレイに相当する。

ここで、要素画像表示手段１０Ｅ及びランダムピンホールアレイ３０は、再生する３次元画像の解像度、視域や奥行き再現性に応じた適切な距離で配置されている。そして、立体表示装置１Ｅでは、各ピンホール３１の位置に対応した要素画像ｅを要素画像表示手段１０Ｅに表示すると、要素画像ｅの画素からの光線が再生され、立体像Ｔが表示される。

［ランダムピンホールアレイの構造］
図１２を参照し、ランダムピンホールアレイ３０の構造について説明する。
図１２（ａ）に示すように、ランダムピンホールアレイ３０は、各ピンホール３１ｓの位置が不規則（ランダム）である。
なお、図１２では、所定の配列位置に配列されたピンホール３１を白抜きのピンホール３１ｃとして図示し、位置をシフトさせた後のピンホール３１を黒色のピンホール３１ｓとして図示した。

図１２（ｂ）に示すように、ピンホール３１ｓは、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、要素画像表示手段１０の１画素のサイズ以内で位置がシフトしている。言い換えるなら、ピンホール３１ｓは、ピンホール３１ｃに対して、要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内で位置がシフトしている。つまり、前記した式（１）に表されるように、ピンホール３１ｃの位置を水平方向及び垂直方向にシフト量Δｘ，Δｙだけシフトさせればよい。ここで、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でランダムな値を与える。特に、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でどの値も一様に同じ確率で発生するような分布に従ったランダムな値であることが好ましい。

なお、２次元方向の配列位置とは、ピンホール３１を規則正しく配列したときの位置（つまり、ピンホール３１ｃの位置）のことである。通常、２次元方向の配列位置に配列されたピンホール３１ｃは、水平方向及び垂直方向に整列している。

［要素画像群の生成］
以下、ランダムピンホールアレイ３０に対応した要素画像群Ｅの生成方法について補足する。
立体表示装置１Ｅは、各ピンホール３１のシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Ｅをそのまま表示できる。つまり、ランダムピンホールアレイ３０に対応した要素画像群Ｅは、一般的な手法で生成できる。

また、各ピンホール３１のシフト量に応じて、要素画像ｅの位置を同じ量だけシフトさせてもよい。例えば、各ピンホール３１のシフト量を示す設計情報を参照し、各ピンホール３１に対応した要素画像ｅの中心位置を上下左右にシフトさせることで、要素画像群Ｅを生成できる。ここで、３次元モデルから要素画像ｅをレンダリングする際、ランダムピンホールアレイ３０の各ピンホール３１のシフト量を考慮して、各要素画像ｅを１画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。

［作用・効果］
第４実施形態に係る立体表示装置１Ｅでは、各ピンホール３１の位置をずらしたので、第１実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

（第４実施形態）
［立体表示装置の構成］
図１３を参照し、第５実施形態に係る立体表示装置１Ｆの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
前記した第１実施形態では、ランダムレンズアレイを用いることとして説明したが、本実施形態ではランダム点光源アレイ４０を用いる点が異なる。

図１３に示すように、立体表示装置１Ｆは、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段１０Ｆと、ランダム点光源アレイ４０とを備える。
要素画像表示手段１０Ｆは、要素画像群Ｅを表示する一般的な透過型の表示装置である。この要素画像表示手段１０Ｆとしては、透過型の液晶ディスプレイを例示できる。

ランダム点光源アレイ４０は、要素画像表示手段１０Ｆのバックライトとして、要素画像表示手段１０Ｆの背面に配置されている。また、ランダム点光源アレイ４０は、２次元方向（水平方向及び垂直方向）に配列された複数の点光源４１で構成されている。例えば、点光源４１としては、光源サイズが小さいマイクロＬＥＤがあげられる。なお、ランダム点光源アレイ４０が、請求項に記載の点光源アレイに相当する。

ここで、要素画像表示手段１０Ｆ及びランダム点光源アレイ４０は、点光源４１からの光源の広がりが１つの要素画像ｅを照明できるような間隔で配置されている。そして、立体表示装置１Ｆでは、各点光源４１を点灯し、各点光源４１の位置に対応した要素画像ｅを要素画像表示手段１０Ｆに表示すると、要素画像ｅの画素からの光線が再生され、立体像（不図示）が表示される。

［ランダム点光源アレイの構造］
図１４を参照し、ランダム点光源アレイ４０の構造について説明する。
図１４（ａ）に示すように、ランダム点光源アレイ４０は、各点光源４１の位置が不規則（ランダム）である。
なお、図１４では、所定の配列位置に配列された点光源４１を白抜きの点光源４１ｃとして図示し、位置をシフトさせた後の点光源４１を黒色の点光源４１ｓとして図示した。

図１４（ｂ）に示すように、点光源４１ｓは、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、要素画像表示手段１０Ｆの１画素のサイズ以内で位置がシフトしている。言い換えるなら、点光源４１ｓは、点光源４１ｃに対して、要素画像ｅの１画素ｐのサイズの範囲内で位置がシフトしている。つまり、点光源４１ｓは、前記した式（１）に表されるように、点光源４１ｃの位置を水平方向及び垂直方向にシフト量Δｘ，Δｙだけシフトさせればよい。ここで、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でランダムな値を与える。特に、シフト量Δｘ，Δｙは、式（１）の範囲内でどの値も一様に同じ確率で発生するような分布に従ったランダムな値であることが好ましい。

なお、２次元方向の配列位置とは、点光源４１を規則正しく配列したときの位置（つまり、点光源４１ｃの位置）のことである。この２次元方向の配列位置に配列された点光源４１ｃは、水平方向及び垂直方向に整列している。

［要素画像群の生成］
以下、ランダム点光源アレイ４０に対応した要素画像群Ｅの生成方法について補足する。
立体表示装置１Ｆは、各点光源４１のシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Ｅをそのまま表示できる。つまり、ランダム点光源アレイ４０に対応した要素画像群Ｅは、一般的な手法で生成できる。

また、各点光源４１のシフト量に応じて、要素画像ｅの位置を同じ量だけシフトさせてもよい。例えば、各点光源４１のシフト量を示す設計情報を参照し、各点光源４１に対応した要素画像ｅの中心位置を上下左右にシフトさせることで、要素画像群Ｅを生成する。ここで、３次元モデルから要素画像ｅをレンダリングする際、ランダム点光源アレイ４０の各点光源４１のシフト量を考慮して、各要素画像ｅを１画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。

［作用・効果］
第５実施形態に係る立体表示装置１Ｆでは、各点光源４１の位置をずらしたので、第１実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。

以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１，１Ｃ〜１Ｆ 立体表示装置
１０，１０Ｆ 要素画像表示手段
２０，２０Ｂ〜２０Ｄ ランダムレンズアレイ（レンズアレイ）
２１，２１_１〜２１_７，２１Ｃ，２０Ｄ 要素レンズ
３０ ランダムピンホールアレイ（ピンホールアレイ）
３１，３１ｃ，３１ｓ ピンホール
４０ ランダム点光源アレイ（点光源アレイ）
４１ 点光源
ｃ 要素レンズの中心
Ｅ 要素画像群
ｅ 要素画像
ｍ_２〜ｍ_７ 要素レンズの中間
ｐ 画素
ｓ レンズ面の曲率中心位置

Claims (8)

1. 光線再生型の立体表示装置に備えられるレンズアレイであって、
   前記レンズアレイは、平面上に配列された複数の要素レンズで構成され、
   前記要素レンズは、同一の焦点距離を有し、レンズ面の曲率中心位置が所定の範囲内でランダムにシフトしていることを特徴とするレンズアレイ。
2. 前記要素レンズは、前記レンズ面の中心に対して、前記立体表示装置に備えられた要素画像表示手段の１画素のサイズ以内で前記曲率中心位置がランダムにシフトしていることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 前記要素レンズは、前記レンズ面の形状又は大きさの少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズアレイ。
4. 前記レンズアレイは、２次元方向に配列された複数の前記要素レンズで構成され、インテグラル立体方式の前記立体表示装置に備えられることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のレンズアレイ。
5. 前記レンズアレイは、前記要素レンズとしてのレンチキュラレンズが１次元方向に配列されたレンチキュラレンズアレイであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のレンズアレイ。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載のレンズアレイと、要素画像を表示する要素画像表示手段と、を備える光線再生型の立体表示装置であって、
   前記要素画像表示手段及び前記レンズアレイは、前記要素画像表示手段と前記レンズアレイとの距離が前記要素レンズの焦点距離に等しくなるように配置され、
   前記要素画像表示手段は、前記要素レンズに対応した前記要素画像を表示することを特徴とする立体表示装置。
7. ピンホールアレイと、要素画像を表示する要素画像表示手段と、を備える光線再生型の立体表示装置であって、
   前記ピンホールアレイは、２次元方向に配列された複数のピンホールで構成され、
   前記ピンホールは、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、前記要素画像表示手段の１画素のサイズ以内で位置がランダムにシフトしており、
   前記要素画像表示手段は、前記ピンホールに対応した前記要素画像を表示することを特徴とする立体表示装置。
8. 要素画像を表示する透過型の要素画像表示手段と、前記要素画像表示手段の背面に配置された点光源アレイと、を備える光線再生型の立体表示装置であって、
   前記点光源アレイは、２次元方向に配列された複数の点光源で構成され、
   前記点光源は、予め設定された２次元方向の規則的な配列位置に対して、前記要素画像表示手段の１画素のサイズ以内で位置がランダムにシフトしていることを特徴とする立体表示装置。

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