JP2024004146A - 表示装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】表示性能を容易に変更可能な表示装置および表示方法を提供すること。【解決手段】開示の技術の一態様に係る表示装置は、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置であって、前記要素画像を表示する第１画像表示部と、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示する第２画像表示部と、表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する制御部と、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、表示装置、およびプログラムに関する。

従来、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置が知られている。

上記表示装置として、複数の点光源を二次元平面上に配列した発光手段と、この点光源に対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、点光源の点灯および消灯を制御する制御手段と、を備えるものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１９－８６７１０号公報

しかしながら、特許文献１の表示装置では、発光手段の仕様を容易に変更できないため、表示装置の表示性能を容易に変更することができない。

本開示は、表示性能を容易に変更可能な表示装置およびプログラムを提供することを目的とする。

開示の技術の一態様に係る表示装置は、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置であって、前記要素画像を表示する第１画像表示部と、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示する第２画像表示部と、表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する制御部と、を有する。

開示の技術の一態様に係るプログラムは、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置に実行させるプログラムであって、第１画像表示部により、前記要素画像を表示し、第２画像表示部により、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示し、制御部により、表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する処理を、前記表示装置に実行させる。

開示の技術によれば、表示性能を容易に変更可能な表示装置およびプログラムを提供できる。

実施形態に係る表示装置の全体構成例の斜視図である。 第１実施形態に係る表示装置の内部構成例の図である。 第１実施形態に係る表示装置における複数の光源画像例の図である。 第１実施形態に係る表示装置における複数の要素画像例の図である。 第１実施形態に係る表示装置における制御部の機能構成例の図である。 第１実施形態に係る表示装置による表示動作例のフロー図である。 第１実施形態に係る表示装置による立体像および光学視域例の第１図である。 第１実施形態に係る表示装置による立体像および光学視域例の第２図である。 第１実施形態に係る表示装置による二次元画像表示例の図である。 第２実施形態に係る表示装置の内部構成例の図である。 第２実施形態に係る表示装置における複数の要素画像例の図である。 第２実施形態に係る表示装置における複数の開口画像例の図である。 第２実施形態に係る表示装置における制御部の機能構成例の図である。 第２実施形態に係る表示装置による表示動作例のフロー図である。 第３実施形態に係る表示装置の内部構成例の図である。 第３実施形態に係る表示装置における制御部の機能構成例の図である。 第３実施形態に係る表示装置による表示動作例のフロー図である。 第３実施形態に係る表示装置におけるシステム視域例の第１図である。 第３実施形態に係る表示装置におけるシステム視域例の第２図である。 正方配列した複数の要素画像を例示する図である。 千鳥配列した複数の要素画像を例示する図である。 正面視域のアスペクト比に応じたクロストーク低減作用を説明する図であり、図２２（ａ）は第１図、図２２（ｂ）は第２図である。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の技術思想を具体化するための表示装置を例示するものであって、本開示を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

本明細書の図において、Ｘ軸に沿うＸ方向、Ｙ軸に沿うＹ方向およびＺ軸に沿うＺ方向は互いに垂直な方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、実施形態に係る表示装置が有する表示面の延在方向である。Ｙ方向は、典型的には鉛直方向である。Ｘ方向およびＺ方向は、表示装置が設置される面の延在方向であり、典型的には水平方向である。

Ｘ方向において矢印が向いている方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向と表記する。Ｙ方向において矢印が向いている方向を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向と表記する。Ｚ方向において矢印が向いている方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向と表記する。但し、これらのことは、表示装置の使用時における向きを制限するものではなく、表示装置の使用時における向きは任意である。

図１は、実施形態に係る表示装置の全体構成を例示する斜視図である。表示装置１００は、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像２００を表示し、観察者Ｍに立体像２００を視認させることができる。本実施形態では、表示仕様に基づいて、表示装置１００の表示性能を容易に変更可能である。

本明細書において、立体像とは、二次元画像に奥行方向の情報が追加されることにより、観察者が立体的に視認可能な像をいう。二次元画像とは、立体感のない平面的な画像をいう。立体像には、静止したもの、動きがあるもの、またはこれらの両方が含まれる。動きがある立体像は立体映像と称することもできる。観察者Ｍは、表示装置による表示対象を観察する者を意味する。

本明細書において、インテグラル方式とは、光線の方向を制御して実際に物体が存在する場合と同じ光線の状態を創出することにより、光線を発生させる表示面（例えば図１の表示面１１１）とは異なる奥行き位置に立体像２００を表示する方式をいう。要素画像とは、光線の方向を制御するためのアレイ素子における素子に対応して投影される画像をいう。アレイ素子とは、複数の素子が縦、横または縦および横の両方に並んで配置されたものをいう。アレイ素子には、レンズを素子とするレンズアレイ等が挙げられる。

本明細書において、表示性能とは、表示装置の性質、能力または性質および能力の両方をいう。実施形態では、表示性能には、表示装置による立体像の表示性能と、立体像と二次元画像との間において表示を切替可能であること、が少なくとも含まれる。また立体像の表示性能には、少なくとも三次元解像度および光学視域が含まれる。

本明細書において、表示仕様とは、表示装置による表示性能に関する情報をいう。

本明細書において、三次元解像度とは、立体像を解像可能な度合いをいう。図１では、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれに沿って立体像を解像可能な度合いが三次元解像度に対応する。

本明細書において、光学視域とは、観察者Ｍにより立体像２００を観察可能な範囲をいう。光学視域は、焦点が合った立体像２００を観察者Ｍが視認可能なＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれに沿った長さによって表現できる。光学視域は、立体像の全体を観察可能な観察者Ｍの目の角度により表現してもよい。角度により表現する場合には光学視域は視域角ということもできる。

インテグラル方式の立体像の品質を決定づけるパラメータには、光学視域、奥行き再現範囲および三次元解像度の３つが挙げられる。これら３つのパラメータはトレードオフの関係がある。例えば、光学視域θと奥行き再現範囲Ｄｒの関係は、以下の式（１）により表される。

ｅは要素画像サイズ、Ｌは視距離、βは観視空間周波数、ｐｐは表示装置の画素ピッチをそれぞれ表す。奥行き再現範囲とは、奥行き方向（ここではＺ方向）において立体像を表示可能な長さをいう。観視空間周波数とは、観察者が観視する立体像の空間周波数をいう。式（１）から、光学視域θを狭くすることにより、奥行き再現範囲Ｄｒを拡張できることが分かる。立体像の表示性能には、視距離Ｌ、奥行き再現範囲Ｄｒ等が含まれてもよい。

［第１実施形態］
＜表示装置１００の構成例＞
図２から図４を参照して、第１実施形態に係る表示装置１００の詳細構成について説明する。図２は、表示装置１００の内部構成を例示する図である。図２は、－Ｘ方向から視た表示装置１００の内部を表している。図３は、表示装置１００における複数の光源画像１０を例示する図である。図４は、表示装置１００における複数の要素画像２０を例示する図である。

図２に示すように、表示装置１００は、光源画像表示部１と、要素画像表示部２と、可変機構３と、制御部４と、を有する。これら各構成部は、所定の位置に配置され、所定の姿勢を維持可能に表示装置１００の筐体または該筐体内に設けられた部材等に対して固定されている。但し、制御部４は、表示装置１００の筐体の外部に設けられてもよい。制御部４は、光源画像表示部１、要素画像表示部２および可変機構３のそれぞれに対し、電気的に接続している。

光源画像表示部１は、要素画像表示部２により表示された要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示する第２画像表示部の一例である。光源画像表示部１は、それぞれが光源として機能する複数の光源画像１０を表示する。複数の光源画像１０は、複数の方向制御画像の一例である。光源画像表示部１は、バックライト部１１と、液晶部１２と、を有する液晶方式のフラットパネルディスプレイである。

バックライト部１１は、液晶部１２をその背面（－Ｚ方向の面）から照明する光源である。バックライト部１１は、エッジライト方式の直下型方式のいずれであってもよい。大きな立体像を表示可能にする観点では、バックライト部１１は直下型方式が好ましい。バックライト部１１に使用される光源には、特に制限はなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を使用可能である。

液晶部１２は、液晶層、該液晶層の支持基板、配向膜、カラーフィルタ等を含んで構成される。液晶部１２は、制御部４からの第１制御信号Ｃ１に応じて液晶層を駆動させることにより、複数の光源画像１０を形成する。

光源画像表示部１は、バックライト部１１から照明されたバックライト光が液晶部１２により形成された複数の光源画像１０を透過することにより、複数の光源画像１０を表示することができる。但し、光源画像表示部１は、液晶方式に限定されるものではなく、有機ＥＬ（Electro Luminescence）方式、プラズマ方式、マイクロＬＥＤ方式等の他方式のフラットパネルディスプレイであってもよい。自発光可能な有機ＥＬ方式、プラズマ方式およびマイクロＬＥＤ方式を適用すると、バックライト部１１が不要となるため、光源画像表示部１を薄型化し、表示装置１００を薄型化する観点では好ましい。

図３に示すように、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに沿って整列する二次元画像である。複数の光源画像１０における個々の光源画像は、要素画像表示部２をその背面（－Ｚ方向の面）から照明する光源として機能する。

複数の光源画像１０における各光源画像は、フラットパネルディスプレイの１画素以上の画素を含んで構成された白色画像である。光源画像表示部１における複数の光源画像１０以外の画像領域は、黒色の画素により構成された黒色画像である。白色画像の画像領域からは白色光が発せられ、黒色画像の画像領域からは光がほぼ発せられない。

例えば、光源画像表示部１が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）方式の８ビット画像（２５５階調の画像）を表示する場合には、白色画像を構成する各画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度は、いずれも２５５階調となる。バックライト部１１からの光に含まれるＲ、ＧおよびＢそれぞれに対応する波長の光は、いずれも液晶部１２をほぼ透過して要素画像表示部２に到達する。一方、黒色画像を構成する画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度は、いずれも０階調となる。バックライト部１１からの光に含まれるＲ、ＧおよびＢそれぞれに対応する波長の光は、いずれも液晶部１２をほぼ透過せず、要素画像表示部２には到達しない。

複数の光源画像１０における各光源画像が発する光の色は、白色に限らず、任意の色であってもよい。光源画像表示部１は、光源画像に含まれる画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度を調節することにより、任意の色の光を要素画像表示部２に向けて照射可能な光源画像を表示できる。

本実施形態では、複数の光源画像１０に含まれる光源画像の個数および配置、該光源画像に含まれる画素数、隣り合う光源画像の中心間距離等は、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０を変更することにより、任意に変更可能である。図３において中心間距離ｐは、複数の光源画像１０のうち、隣り合う光源画像１０の中心間の距離を示している。

立体像が表示される場合には、複数の光源画像１０に含まれる光源画像の個数は２以上であることが必要となる。一方、二次元画像が表示される場合には、複数の光源画像１０に含まれる光源画像の個数は１以上であればよい。

複数の光源画像１０に含まれる各光源画像の形状および大きさは、図３に示す矩形のものに限らず、円形、楕円形、多角形等のものであってよく、任意に変更可能である。複数の光源画像１０ごとに相互に異なる形状および大きさであってもよい。

光源画像１０からの光の指向性を上げて立体画像の品質を向上させる観点では、複数の光源画像１０のそれぞれを、点光源として機能させることが好ましい。複数の光源画像１０のそれぞれを点光源として機能させるためには、複数の光源画像１０に含まれる各光源画像は、少ない画素数により形成されており、等方性の形状を有することが好ましい。光源画像を形成する画素数は、１画素であることが特に好ましい。

図２において、要素画像表示部２は、要素画像を表示する第１画像表示部の一例である。要素画像表示部２は、光源画像表示部１により表示された複数の光源画像１０からの光線を用いて要素画像２０を表示する。要素画像表示部２は、液晶部を含む液晶方式のフラットパネルディスプレイである。要素画像表示部２は、観察者Ｍと光源画像表示部１との間に配置される。

本実施形態では、要素画像表示部２における観察者Ｍに向き合う面、すなわち最も＋Ｚ方向側の面は、表示面１１１に対応する。但し、表示面１１１は、要素画像表示部２と観察者Ｍとの間に配置された、要素画像表示部２とは別の構成部に含まれる面であってもよい。この別の構成部は光拡散板等である。

要素画像表示部２に含まれる液晶部の構成は、上述した液晶部１２の構成と同じである。要素画像表示部２に含まれる液晶部は、制御部４からの第２制御信号Ｃ２に応じて液晶層を駆動させることにより、複数の要素画像２０を形成する。

本実施形態では、光源画像表示部１により表示された複数の光源画像１０における個々の光源画像が、要素画像表示部２をその背面（－Ｚ方向の面）から照明する光源として機能する。このため、要素画像表示部２自身は、自身の液晶部を照明するためのバックライト部を有さない。

要素画像表示部２は、光源画像表示部１における複数の光源画像１０からの照明光が、自身の液晶部により形成された複数の要素画像２０を透過することにより、複数の要素画像２０を表示する。

図４に示すように、要素画像表示部２により表示される複数の要素画像２０は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに沿って整列する二次元画像である。複数の要素画像２０は、複数の光源画像１０に対し、１対１で対応して表示される。

本実施形態では、複数の要素画像２０に含まれる要素画像の個数および配置、該要素画像に含まれる画素数、隣り合う要素画像の中心間距離等は、要素画像表示部２により表示される複数の要素画像２０を変更することにより、任意に変更可能である。

立体像が表示される場合には、複数の要素画像２０に含まれる要素画像の個数は２以上であることが必要となる。一方、二次元画像が表示される場合には、複数の要素画像２０に含まれる要素画像の個数は１以上であればよい。

複数の要素画像２０は、表示される立体像に応じて適宜更新される。動きがある立体像が表示される場合には、複数の要素画像２０は、表示周期に応じて更新される。複数の要素画像２０に含まれる各要素画像の形状は、図４に示す矩形に限らず、円形、楕円形、多角形等であってよく、任意に変更可能である。

図２において、可変機構３は、光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄを可変な機構部である。可変機構３は、光源画像表示部１を載置するテーブルを有し、モータ等の駆動部により該テーブルをＺ方向に進退させることによって、光源画像表示部１をＺ方向に進退させる直動ステージである。

可変機構３は、制御部４からの第３制御信号Ｃ３に応じてモータ等の駆動部を駆動させ、光源画像表示部１をＺ方向に進退させることにより、光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄを変化させることができる。

可変機構３は、距離ｄを可変であればよいため、要素画像表示部２をＺ方向に進退させる機構であってもよいし、光源画像表示部１および要素画像表示部２の両方をそれぞれＺ方向に進退させる機構であってもよい。可変機構３におけるステージの構成は、特段の制限はなく適宜選択可能である。

制御部４は、表示仕様に基づいて、光源画像表示部１および要素画像表示部２の各動作を制御する。制御部４の機能構成については、図５を参照して次述する。

＜制御部４の機能構成例＞
図５は、表示装置１００が有する制御部４の機能構成を例示するブロック図である。制御部４は、受信部４１と、仕様情報取得部４２と、要素画像生成部４３と、光源画像生成部４４と、移動制御部４５と、入出力部４６と、格納部４７と、を有する。

仕様情報取得部４２、要素画像生成部４３、光源画像生成部４４および移動制御部４５の各機能は、ソフトウェア（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、電気回路またはソフトウェアおよび電気回路の両方により実現される。上記各機能は、外部装置との分散処理により実現されてもよい。また、受信部４１および入出力部４６の各機能は、インターフェース機器等により実現され、格納部４７の機能は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のメモリにより実現される。

受信部４１は、外部装置から画像情報Ｉｍを受信する。ここでの外部装置には、テレビジョン放送を送信する送信設備やＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置、サーバ、記憶装置等が挙げられる。

受信部４１は、有線または無線により送信される画像情報Ｉｍを受信できる。画像情報Ｉｍは、立体像用の画像コンテンツまたは映像コンテンツである。但し、受信部４１は、二次元画像用の画像コンテンツまたは映像コンテンツを画像情報Ｉｍとして受信することもできる。

仕様情報取得部４２は、入出力部４６を通して表示仕様Ｔを取得する。仕様情報取得部４２は、リモートコントローラや操作ボタン等の表示装置１００の操作部を用いて表示装置１００の観察者等により入力される表示仕様Ｔを、入出力部４６を通して取得できる。仕様情報取得部４２は、格納部４７に格納されている表示仕様Ｔを格納部４７から読み出すことにより取得してもよい。

要素画像生成部４３は、受信部４１からの画像情報Ｉｍに基づいて、インテグラル方式により立体像を表示するための複数の要素画像２０の元となる複数の要素画像情報を生成する。

光源画像生成部４４は、仕様情報取得部４２からの表示仕様Ｔに基づいて、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０の元となる複数の光源画像情報を生成する。本実施形態では、光源画像生成部４４は、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０のうち、隣り合う光源画像の中心間距離を可変に、複数の光源画像情報を生成できる。

ここで、要素画像と光源画像と立体像との関係について説明する。インテグラル方式による立体像の表示装置では、例えば複数のレンズが二次元状に整列したレンズアレイを用いて被写体を撮影すると、被写体から個々のレンズの方向に進む光の強さおよび色等が、レンズアレイにおけるレンズ数と同じ数の要素画像として生成される。要素画像表示部の画素数と同じ本数の光線を使って被写体からの光線と同じ光線を再現することにより、立体像が表示される。

本実施形態において、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０は、上記のレンズアレイと等価な役割を果たす。すなわち、複数の光源画像１０は、光線の方向を制御するためのアレイ素子として機能する。従って、要素画像生成部４３は、レンズアレイを用いた撮影の場合と等価な計算を行うことにより、複数の光源画像１０の数と同じ数の複数の要素画像２０の元となる要素画像情報を生成できる。

具体的には、要素画像生成部４３は、まず、画像情報Ｉｍからさまざまな方向への光の強さおよび色等の情報を算出する。次に、要素画像生成部４３は、算出した情報に基づいて、仮想的に配置した複数の光源画像１０からの光線を用いて生成される複数の要素画像２０の元となる複数の要素画像情報を計算により生成する。

複数の要素画像２０における各要素画像の大きさ、隣り合う要素画像の中心間距離等は、要素画像表示部２の仕様等に応じて予め定められている。また、要素画像生成部４３は、格納部４７に格納された画像情報Ｉｍを読み出すことにより、画像情報Ｉｍを取得してもよい。

要素画像生成部４３は、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２を、入出力部４６を通して要素画像表示部２に送信することにより、要素画像表示部２に複数の要素画像２０を表示させる。

ここで、光源画像と三次元解像度との関係について説明する。光源画像表示部１における表示領域の水平方向の幅をＤ_ｈ、該表示領域の垂直方向の幅をＤ_ｖ、水平方向における隣り合う光源画像１０の中心間距離をＰ_ｈ、垂直方向における該中心間距離をＰ_ｖとする。表示装置１００により表示される立体像の水平方向における解像度δ_ｈは、次の式（２－１）により表され、該立体像の垂直方向における解像度δ_ｖは、次の式（２－２）により表される。
δ_ｈ＝ｆｌｏｏｒ（Ｄ_ｈ／Ｐ_ｈ） ・・・（２－１）
δ_ｖ＝ｆｌｏｏｒ（Ｄ_ｖ／Ｐ_ｖ） ・・・（２－２）

また、光源画像表示部１における画素ピッチｐｐ１と中心間距離ｐとの関係は、以下の式（３）により表される。Ｎは自然数である。
ｐ＝Ｎ×ｐｐ１ ・・・（３）

光源画像生成部４４は、表示仕様Ｔに含まれる三次元解像度δに関する情報と、式（２－１）と、式（２－２）と、式（３）と、に基づいて中心間距離ｐを算出する。光源画像生成部４４は、算出した中心間距離ｐを用いて複数の光源画像１０の元となる複数の光源画像情報を生成できる。なお、複数の光源画像１０における各光源画像の大きさ、色等は、光源画像表示部１の仕様等に応じて予め定められている。

光源画像生成部４４は、複数の光源画像情報に基づく第１制御信号Ｃ１を、入出力部４６を通して光源画像表示部１に送信することにより、光源画像表示部１に複数の光源画像１０を表示させる。表示装置１００は、中心間距離ｐにより定められる三次元解像度δにより立体像を表示できる。

移動制御部４５は、仕様情報取得部４２からの表示仕様Ｔに基づいて、可変機構３の動作を制御可能である。

光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄと光学視域θとの関係は、以下の式（４）により表される。式（４）から、光学視域θは、距離ｄを拡大すると狭くなり、縮小すると広くなることが分かる。

移動制御部４５は、表示仕様Ｔに含まれる光学視域θに関する情報と、式（４）と、に基づいて距離ｄを算出する。移動制御部４５は、算出した距離ｄに応じた第３制御信号Ｃ３を、入出力部４６を通して可変機構３に出力する。可変機構３は、第３制御信号Ｃ３に応じて光源画像表示部１を移動させ、光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離をｄに設定することができる。

＜表示装置１００による立体像の表示動作例＞
図６は、図２に示した表示装置１００による立体像の表示動作を例示するフローチャートである。表示装置１００は、観察者による表示装置１００への表示開始の操作入力をトリガーにして、図６の動作を開始する。但し、このトリガーは、表示装置１００への表示開始の操作入力以外の信号または情報であってもよい。

まず、ステップＳ６１において、表示装置１００は、制御部４の仕様情報取得部４２により、入出力部４６を通して表示仕様Ｔを取得する。

続いて、ステップＳ６２において、表示装置１００は、制御部４により、三次元解像度δを変更するか否かを判定する。例えば制御部４は、取得した表示仕様Ｔにおける三次元解像度δが、その時点において設定されているものとは異なる場合に、三次元解像度δを変更すると判定する。

ステップ６２において、三次元解像度δを変更しないと判定された場合には（ステップＳ６２、ＮＯ）、表示装置１００は、ステップＳ６４へ動作を移行する。一方、ステップ６２において、三次元解像度δを変更すると判定された場合には（ステップＳ６２、ＹＥＳ）、ステップＳ６３において、表示装置１００は、制御部４の光源画像生成部４４により、変更後の三次元解像度δに関する情報と、上述した式（２－１）、式（２－２）および式（３）と、に基づいて中心間距離ｐを算出する。

続いて、ステップＳ６４において、表示装置１００は、制御部４により、光学視域θを変更するか否かを判定する。例えば制御部４は、取得した表示仕様Ｔにおける光学視域θがその時点において設定されているものとは異なる場合に、光学視域θを変更すると判定する。

ステップＳ６４において、光学視域θを変更しないと判定された場合には（ステップＳ６４、ＮＯ）、表示装置１００は、ステップＳ６６へ動作を移行する。一方、ステップ６４において、光学視域θを変更すると判定された場合には（ステップＳ６４、ＹＥＳ）、ステップＳ６５において、表示装置１００は、制御部４の移動制御部４５により、変更後の光学視域θと、上述した式（４）と、に基づいて光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄを算出する。

ステップＳ６２およびステップＳ６３の動作と、ステップＳ６４およびステップＳ６５の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両動作が並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ６６において、表示装置１００は、移動制御部４５により、距離ｄに応じて光源画像表示部１を移動させる。

続いて、ステップＳ６７において、表示装置１００は、制御部４により、画像情報Ｉｍを受信したか否かを判定する。

ステップＳ６７において、受信していないと判定された場合には（ステップＳ６７、ＮＯ）、表示装置１００は、画像情報Ｉｍを受信するまで、ステップＳ６７の動作を繰り返す。一方、ステップＳ６７において、受信したと判定された場合には（ステップＳ６７、ＹＥＳ）、ステップＳ６８において、表示装置１００は、制御部４の光源画像生成部４４により、中心間距離ｐに関する情報を含む表示仕様Ｔに基づいて、光源画像表示部１により複数の光源画像１０の元となる複数の光源画像情報を生成する。その後、光源画像生成部４４は、複数の光源画像情報に基づく第１制御信号Ｃ１を、入出力部４６を通して光源画像表示部１に送信する。

続いて、ステップＳ６９において、表示装置１００は、第１制御信号Ｃ１に応じて、光源画像表示部１により複数の光源画像１０を表示する。

続いて、ステップＳ７０において、表示装置１００は、制御部４の要素画像生成部４３により、画像情報Ｉｍに基づいて、要素画像表示部２により複数の要素画像２０の元となる複数の要素画像情報を生成する。その後、要素画像生成部４３は、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２を、入出力部４６を通して要素画像表示部２に送信する。

続いて、ステップＳ７１において、表示装置１００は、第２制御信号Ｃ２に応じて、要素画像表示部２により複数の要素画像２０を表示する。これにより、表示装置１００は立体像を表示し、観察者Ｍは表示された立体像を視認できる。

ステップＳ６８およびステップＳ６９の動作と、ステップＳ７０およびステップＳ７１の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両動作が並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ７２において、表示装置１００は、制御部４により、立体像の表示を終了するか否かを判定する。制御部４は、表示装置１００の操作部を用いた観察者の操作入力に応じて、立体像の表示を終了するか否かを判定する。但し、制御部４は、観察者の操作入力以外の信号または情報を用いて上記の判定を行ってもよい。

ステップＳ７２において、終了しないと判定された場合には（ステップＳ７２、ＮＯ）、表示装置１００は、ステップＳ６７以降の動作を再度行い、表示を終了するまでステップＳ６７以降の動作を繰り返す。一方、ステップＳ７２において、終了すると判定された場合には（ステップＳ７２、ＹＥＳ）、表示装置１００は表示動作を終了する。

以上のようにして、表示装置１００は、立体像を表示することができる。

＜表示装置１００による立体像および光学視域例＞
図７および図８は、表示装置１００による立体像２００および光学視域θを例示する図である。図７は第１図、図８は第２図である。図７および図８は、鉛直上方（＋Ｙ方向）から視た表示装置１００を示している。

図７は、表示装置１００の表示面１１１に向き合って位置する観察者Ｍが、表示装置１００の左方（－Ｘ方向）から表示面１１１を視た際に視認される立体像２００ａと、左方から表示面１１１を視た際の光学視域θａと、を例示している。光学視域θａは、図７において斜線ハッチングにより示した領域である。

図８は、観察者Ｍが表示装置１００の右方（＋Ｘ方向）から表示面１１１を視た際に視認される立体像２００ｂと、左方から表示面１１１を視た際の光学視域θｂと、を例示している。光学視域θｂは、図７において斜線ハッチングにより示した領域である。

図７の立体像２００ａでは、観察者Ｍは人物の左方を視認している。一方、図８の立体像２００ｂでは、立体像２００ａと比較して人物を視る方向が変化し、観察者Ｍは人物のほぼ正面を視認している。このようにして観察者Ｍは、視る方向によって視差が生じる、立体感がある立体像２００を視認できる。

光学視域θは、１つの光源画像から発せられ、１つの要素画像を通過する光の広がり角に対応する。従って、光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄが長いほど広がり角は狭くなるため、光学視域θは狭くなる。一方、距離ｄが短いほど広がり角は広くなるため、光学視域θは広くなる。このようにして、表示装置１００は、距離ｄを変更することにより、光学視域θを容易に変更できる。

＜表示装置１００による二次元画像の表示例＞
表示装置１００は、光源画像表示部１および要素画像表示部２により表示する光源画像および要素画像によって、立体像と二次元画像との間で表示対象を切り替えることもできる。

図９を参照して説明する。なお、上述した図５も適宜参照する。図９は、表示装置１００による二次元画像の表示を例示する図である。

制御部４は、光源画像表示部１により表示された１つの光源画像１０Ａを用いて１つの二次元画像２０Ａを要素画像表示部２に表示させることにより、表示装置１００に二次元画像２０Ａを表示させる。

例えば、光源画像生成部４４は、光源画像表示部１の全画素から白色光を発光可能な１つの光源画像１０Ａの元となる光源画像情報を生成する。光源画像生成部４４は、この光源画像情報に基づく第１制御信号Ｃ１を光源画像表示部１に送信することにより、光源画像表示部１にこの光源画像１０Ａを表示させる。

一方、要素画像生成部４３は、要素画像表示部２の全画素を用いて表示可能な１つの二次元画像２０Ａの元となる二次元画像情報を生成する。要素画像生成部４３は、この二次元画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２を要素画像表示部２に送信することにより、要素画像表示部２にこの二次元画像２０Ａを表示させる。

図９に示すように、光源画像表示部１は全画素から白色光を発光する。この白色光は拡散光であり、要素画像表示部２を背面から照明する。要素画像表示部２は、光源画像表示部１からの照明光を透過させることにより二次元画像２０Ａを表示する。二次元画像２０Ａは、拡散光により照明された１つの画像であるため、立体感のない平面的な画像となる。これにより、観察者Ｍは二次元画像２０Ａを視認できる。

表示装置１００は、再び立体像を表示する場合には、光源画像表示部１に複数の光源画像１０を表示させるとともに、要素画像表示部２に複数の要素画像２０を表示させればよい。

以上のように、表示装置１００は、光源画像表示部１および要素画像表示部２により表示する光源画像および要素画像によって、表示対象を立体像と二次元画像との間で切り替えることができる。つまり、表示装置１００は、立体像から二次元画像への切替と、二次元画像から立体像への切替と、を容易に行うことができる。

＜表示装置１００の作用効果＞
レンズアレイを用いるインテグラル方式の表示装置では、例えば立体像の表示性能の１つである「立体像の三次元解像度」を変更するために、レンズアレイにおける隣り合うレンズの中心間距離を変更しようとすると、レンズアレイ自体を交換する必要がある。レンズアレイを交換するには、レンズアレイを製作し直す等の必要があるため、立体像の三次元解像度を容易に変更することはできない。また、レンズアレイと等価な役割を果たす複数のＬＥＤ等を含むアレイ光源を用いる場合にも、立体像の三次元解像度を変更するために、アレイ光源における隣り合う光源の中心間距離を変更しようとすると、アレイ光源自体を交換する必要がある。アレイ光源を交換するには、アレイ光源を製作し直す等の必要があるため、立体像の三次元解像度を容易に変更することはできない。

本実施形態では、表示装置１００は、それぞれが光源として機能する複数の光源画像１０（複数の方向制御画像）を表示する光源画像表示部１（第２画像表示部）と、光源画像表示部１により表示された複数の光源画像１０からの光線を用いて要素画像を表示する要素画像表示部２（第１画像表示部）と、を有する。また表示装置１００は、光源画像表示部１および要素画像表示部２の各動作を制御する制御部４を有する。例えば、制御部４は、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０のうち、隣り合う光源画像の中心間距離ｐを可変である。

本実施形態では、中心間距離ｐを変更することにより、三次元解像度δを変更できるため、レンズアレイやアレイ光源等の部材を用いる場合のように部材を交換する必要がない。これにより、本実施形態では、立体像の三次元解像度δを容易に変更可能な表示装置１００を提供できる。

また、本実施形態では、光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄを可変な可変機構３を有し、制御部４は、可変機構３の動作を制御可能である。本実施形態では、制御部４により距離ｄを変化させることにより、立体像の光学視域θを変更できるため、光学視域θを変更するたびに光源画像表示部１と要素画像表示部２の配置変更を行わなくてもよい。これにより、本実施形態では、立体像の光学視域θを容易に変更可能な表示装置１００を提供できる。

本実施形態では、複数の光源画像１０、または光源画像表示部１と要素画像表示部２との間の距離ｄを用いて変更可能であれば、三次元解像度δおよび光学視域θ以外の表示性能でも容易に変更できる。従って、本実施形態では、表示性能を容易に変更可能な表示装置１００を提供することができる。

また、本実施形態では、制御部４は、光源画像表示部１により表示された１つの光源画像からの光を用いて１つの二次元画像を要素画像表示部２に表示させることにより、表示装置１００に二次元画像を表示させる。これにより、本実施形態では、表示性能における立体像と二次元画像との間での表示対象の切替を、容易に行うことができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る表示装置について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成部には同じ符号を付し、重複する説明を適宜省略する。この点は以降に示す他の実施形態においても同様とする。

＜表示装置１００ａの構成例＞
図１０から図１２を参照して、第２実施形態に係る表示装置１００ａの詳細構成について説明する。図１０は、第２実施形態に係る表示装置１００ａの内部構成を例示する図である。図１０は、－Ｘ方向から視た表示装置１００ａの内部を表している。図１１は、表示装置１００ａにおける複数の要素画像２０ａを例示する図である。図１２は、表示装置１００ａにおける複数の開口画像６０を例示する図である。

図１０に示すように、表示装置１００ａは、要素画像表示部２ａと、開口画像表示部６と、可変機構３ａと、制御部４ａと、を有する。これら各構成部は、所定の位置に配置され、所定の姿勢を維持可能に表示装置１００ａの筐体または該筐体内に設けられた部材等に対して固定されている。但し、制御部４ａは、表示装置１００ａの筐体の外部に設けられてもよい。制御部４ａは、要素画像表示部２ａ、開口画像表示部６および可変機構３のそれぞれに対し、電気的に接続している。

要素画像表示部２ａは、要素画像２０ａを表示する第１画像表示部の一例である。要素画像表示部２ａは、バックライト部２１と、液晶部２２と、を有する液晶方式のフラットパネルディスプレイである。

バックライト部２１は、液晶部２２をその背面（－Ｚ方向の面）から照明する光源である。バックライト部２１は、エッジライト方式の直下型方式のいずれであってもよい。大きな立体像を表示可能にする観点では、バックライト部２１は直下型方式が好ましい。バックライト部２１に使用される光源には特に制限はなく、ＬＥＤ等を使用可能である。

液晶部２２の構成は、第１実施形態における光源画像表示部１の液晶部１２の構成と同じである。液晶部２２は、制御部４ａからの第２制御信号Ｃ２ａに応じて液晶層を駆動させることにより、複数の要素画像２０を形成する。

要素画像表示部２ａは、バックライト部２１から照明されたバックライト光が液晶部２２により形成された複数の要素画像２０ａを透過することにより、複数の要素画像２０ａを表示することができる。但し、要素画像表示部２ａは、液晶方式に限定されるものではなく、有機ＥＬ方式、プラズマ方式、マイクロＬＥＤ方式等の他方式のフラットパネルディスプレイであってもよい。自発光可能な有機ＥＬ方式、プラズマ方式およびマイクロＬＥＤ方式を適用すると、バックライト部２１が不要となるため、要素画像表示部２ａを薄型化し、表示装置１００ａを薄型化する観点では好ましい。

図１１に示すように、要素画像表示部２ａにより表示される複数の要素画像２０ａは、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに沿って整列する二次元画像である。複数の要素画像２０ａにおける各要素画像からの光線は、開口画像表示部６の位置において一旦集光し、開口画像表示部６により表示される複数の開口画像を通過する。各要素画像は、一旦集光することによって、上下および左右がそれぞれ反転して図１０の観察者Ｍにより視認される。従って元の画像に対して正立した立体像を図１０の観察者Ｍに視認させるために、要素画像表示部２ａは、図４における複数の要素画像２０に対して倒立した複数の要素画像２０ａを表示する。

本実施形態では、複数の要素画像２０ａに含まれる要素画像の個数および配置、該要素画像に含まれる画素数、隣り合う要素画像の中心間距離等は、要素画像表示部２ａにより表示される複数の要素画像２０ａを変更することにより、任意に変更可能である。

立体像が表示される場合には、複数の要素画像２０ａに含まれる要素画像の個数は２以上であることが必要となる。一方、二次元画像が表示される場合には、複数の要素画像２０ａに含まれる要素画像の個数は１以上であればよい。

複数の要素画像２０ａは、表示される立体像に応じて適宜更新される。動きがある立体像が表示される場合には、複数の要素画像２０ａは、表示周期に応じて更新される。複数の要素画像２０ａに含まれる各要素画像の形状は、図１１に示す矩形に限らず、円形、楕円形、多角形等であってよく、任意に変更可能である。

図１０において、開口画像表示部６は、要素画像表示部２ａにより表示された要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示する第２画像表示部の一例である。開口画像表示部６は、複数の開口画像６０を表示する。複数の開口画像６０は、要素画像表示部２ａにより表示された要素画像からの光線を通すことにより、要素画像からの光線の方向を制御する。複数の開口画像６０は、複数の方向制御画像の一例である。開口画像表示部６は、液晶部を含む液晶方式のフラットパネルディスプレイである。開口画像表示部６は、観察者Ｍと要素画像表示部２ａとの間に配置される。

本実施形態では、開口画像表示部６における観察者Ｍに向き合う面、すなわち最も＋Ｚ方向側の面は、表示面１１１ａに対応する。但し、表示面１１１ａは、開口画像表示部６と観察者Ｍとの間に配置された、開口画像表示部６とは別の構成部に含まれる面であってもよい。この別の構成部は光拡散板等である。

開口画像表示部６に含まれる液晶部の構成は、上述した液晶部１２の構成と同じである。開口画像表示部６に含まれる液晶部は、制御部４ａからの第４制御信号Ｃ４に応じて液晶層を駆動させることにより、複数の開口画像６０を形成する。

本実施形態では、複数の要素画像２０ａにおける個々の要素画像が、開口画像表示部６をその背面（－Ｚ方向の面）から照明する光源として機能する。このため、開口画像表示部６自身は、自身の液晶部を照明するためのバックライト部を有さない。

開口画像表示部６は、自身の液晶部により形成された複数の開口画像６０を表示する。

図１２に示すように、開口画像表示部６により表示される複数の開口画像６０は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに沿って整列する二次元画像である。複数の開口画像６０における個々の開口画像は、要素画像表示部２ａにより表示された複数の要素画像２０ａそれぞれからの光を透過させる開口として機能する。なお図１２は、説明の便宜のために、仮想的なバックライト部が開口画像表示部６を背面から照明した場合における複数の要素画像２０ａを例示している。

複数の開口画像６０における各開口画像は、フラットパネルディスプレイの１画素以上の画素を含んで構成された白色画像に対応する。白色画像の画像領域は、要素画像表示部２ａからの光をほぼ透過させる。開口画像表示部６における複数の開口画像６０以外の画像領域は、黒色の画素により構成された黒色画像に対応する。黒色画像の画像領域は、要素画像表示部２ａからの光をほぼ透過させない。

例えば、開口画像表示部６がＲ、ＧおよびＢ方式の８ビット画像を表示する場合には、白色画像の画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度は、いずれも２５５階調となる。一方、黒色画像の画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度は、いずれも０階調となる。

複数の開口画像６０における各開口画像が透過する光の色は、白色に限らず、任意の色であってもよい。開口画像表示部６は、開口画像に含まれる画素におけるＲ、ＧおよびＢの各画素輝度を調節することにより、任意の色の光を透過可能な開口画像を表示できる。

本実施形態では、複数の開口画像６０に含まれる開口画像の個数および配置、該開口画像に含まれる画素数、隣り合う開口画像の中心間距離等は、開口画像表示部６により表示される複数の開口画像６０を変更することにより、任意に変更可能である。図１２において中心間距離ｐａは、複数の開口画像６０のうち、隣り合う開口画像６０の中心間距離を示している。

立体像が表示される場合には、複数の開口画像６０に含まれる開口画像の個数は２以上であることが必要となる。一方、二次元画像が表示される場合には、複数の開口画像６０に含まれる開口画像の個数は１以上であればよい。

複数の開口画像６０に含まれる各光源画像の形状および大きさは、図１２に示す矩形のものに限らず、円形、楕円形、多角形等のものであってよく、任意に変更可能である。複数の開口画像６０ごとに相互に異なる形状および大きさであってもよい。

開口画像６０からの光の指向性を上げて立体画像の品質を向上させる観点では、複数の開口画像６０のそれぞれを、ピンホールとして機能させることが好ましい。複数の開口画像６０のそれぞれをピンホールとして機能させるためには、複数の開口画像６０に含まれる各開口画像は、少ない画素数により形成されており、等方性の形状を有することが好ましい。開口画像を形成する画素数は、１画素であることが特に好ましい。

図１０において、可変機構３ａは、開口画像表示部６と要素画像表示部２ａとの間の距離ｄａを可変な機構部である。可変機構３ａは、要素画像表示部２ａを載置するテーブルを有し、モータ等の駆動部により該テーブルをＺ方向に進退させることによって、要素画像表示部２ａをＺ方向に進退させる直動ステージである。

可変機構３ａは、制御部４ａからの第３制御信号Ｃ３ａに応じてモータ等の駆動部を駆動させ、要素画像表示部２ａをＺ方向に進退させることにより、開口画像表示部６と要素画像表示部２ａとの間の距離ｄａを変化させることができる。

可変機構３ａは、距離ｄａを可変であればよいため、要素画像表示部２ａをＺ方向に進退させる機構であってもよいし、開口画像表示部６および要素画像表示部２ａの両方をそれぞれＺ方向に進退させる機構であってもよい。可変機構３ａにおけるステージの構成は、特段の制限はなく適宜選択可能である。

制御部４ａは、表示仕様に基づいて、要素画像表示部２ａおよび開口画像表示部６の各動作を制御する。制御部４ａの機能構成については、図１３を参照して次述する。

＜制御部４ａの機能構成例＞
図１３は、表示装置１００ａが有する制御部４ａの機能構成を例示するブロック図である。制御部４ａは、要素画像生成部４３ａと、開口画像生成部４８と、移動制御部４５ａと、を有する。

上記各機能は、ソフトウェア（ＣＰＵ）、電気回路またはソフトウェアおよび電気回路の両方により実現される。上記各機能は、外部装置との分散処理により実現されてもよい。

本実施形態において、開口画像表示部６により表示される複数の開口画像６０は、レンズアレイを用いたインテグラル方式の表示装置におけるレンズアレイと等価な役割を果たす。従って、要素画像生成部４３は、レンズアレイを用いた撮影と等価な計算を行うことにより、レンズ数と同じ数の複数の要素画像２０の元となる複数の要素画像情報を計算によって生成できる。

開口画像生成部４８は、仕様情報取得部４２からの表示仕様Ｔに基づいて、開口画像表示部６により複数の開口画像６０の元となる複数の開口画像情報を生成する。本実施形態では、開口画像生成部４８は、開口画像表示部６により表示される複数の開口画像６０のうち、隣り合う開口画像の中心間距離を可変に、複数の開口画像情報を生成できる。

開口画像生成部４８は、複数の開口画像情報に基づく第４制御信号Ｃ４を、入出力部４６を通して開口画像表示部６に送信することにより、開口画像表示部６に複数の開口画像６０を表示させる。

要素画像生成部４３ａは、まず、受信部４１を用いて受信した画像情報Ｉｍからさまざまな方向への光の強さおよび色等の情報を算出する。次に要素画像生成部４３ａは、算出した情報に基づいて、仮想的に配置した複数の開口画像６０を透過する複数の要素画像２０ａの元となる複数の要素画像情報を、計算によって生成できる。なお、複数の要素画像２０ａにおける各要素画像の大きさ、隣り合う要素画像の中心間距離等は、要素画像表示部２ａの仕様等に応じて予め定められている。また要素画像生成部４３ａは、格納部４７に格納された画像情報Ｉｍを読み出すことにより、画像情報Ｉｍを取得してもよい。

要素画像生成部４３ａは、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２ａを、入出力部４６を通して要素画像表示部２ａに送信することにより、要素画像表示部２ａに複数の要素画像２０ａを表示させる。

開口画像と三次元解像度との関係は、上述した光源画像と三次元解像度との関係と同様である。開口画像生成部４８は、上述した式（２－１）、式（２－２）および式（３）において、光源画像１０の中心間距離ｐを開口画像の中心間距離ｐａに置き換えることにより、中心間距離ｐａを算出できる。表示装置１００ａは、中心間距離ｐａにより定められる三次元解像度δにより立体像を表示できる。

移動制御部４５ａは、仕様情報取得部４２からの表示仕様Ｔに基づいて、可変機構３ａの動作を制御可能である。

移動制御部４５ａは、距離ｄａと光学視域θとの関係は、上述した距離ｄと光学視域θとの関係と同様である。式（４）において距離ｄを距離ｄａに置き換えることにより、距離ｄａを算出できる。移動制御部４５ａは、算出した距離ｄａに応じた第３制御信号Ｃ３ａを、入出力部４６を通して可変機構３ａに出力する。可変機構３ａは、第３制御信号Ｃ３ａに応じて要素画像表示部２ａを移動させ、開口画像表示部６と要素画像表示部２ａとの間の距離をｄａに設定することができる。

＜表示装置１００ａによる立体像の表示動作例＞
図１４は、図１０に示した表示装置１００ａによる立体像の表示動作を例示するフローチャートである。表示装置１００ａは、観察者による表示装置１００ａへの表示開始の操作入力をトリガーにして、図１４の動作を開始する。但し、このトリガーは、表示装置１００ａへの表示開始の操作入力以外の信号または情報であってもよい。

まず、ステップＳ１４１において、表示装置１００ａは、制御部４ａの仕様情報取得部４２により、入出力部４６を通して表示仕様Ｔを取得する。

続いて、ステップＳ１４２において、表示装置１００ａは、制御部４ａにより、三次元解像度δを変更するか否かを判定する。制御部４ａは、取得した表示仕様Ｔにおける三次元解像度δが、その時点において設定されているものとは異なる場合に、三次元解像度δを変更すると判定する。

ステップＳ１４２において、三次元解像度δを変更しないと判定された場合には（ステップＳ１４２、ＮＯ）、表示装置１００ａは、ステップＳ１４４へ動作を移行する。一方、ステップＳ１４２において、三次元解像度δを変更すると判定された場合には（ステップＳ１４２、ＹＥＳ）、ステップＳ１４３において、表示装置１００ａは、制御部４ａの開口画像生成部４８により、変更後の三次元解像度δに関する情報と、上述した式（２－１）、式（２－２）および式（３）と、に基づいて中心間距離ｐａを算出する。

続いて、ステップＳ１４４において、表示装置１００ａは、制御部４ａにより、光学視域θを変更するか否かを判定する。制御部４ａは、光学視域θがその時点において設定されているものとは異なる場合に、光学視域θを変更すると判定する。

ステップＳ１４４において、光学視域θを変更しないと判定された場合には（ステップＳ１４４、ＮＯ）、表示装置１００ａは、ステップＳ１４６へ動作を移行する。一方、ステップ１４４において、光学視域θを変更すると判定された場合には（ステップＳ１４４、ＹＥＳ）、ステップＳ１４５において、表示装置１００ａは、制御部４ａの移動制御部４５ａにより、変更後の光学視域θに関する情報と、上述した式（４）と、に基づいて開口画像表示部６と要素画像表示部２ａとの間の距離ｄａを算出する。

ステップＳ１４２およびステップＳ１４３の動作と、ステップＳ１４４およびステップＳ１４５の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両動作が並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ１４６において、表示装置１００ａは、移動制御部４５ａにより、距離ｄａに応じて要素画像表示部２ａを移動させる。

続いて、ステップＳ１４７において、表示装置１００ａは、制御部４ａにより、画像情報Ｉｍを受信したか否かを判定する。

ステップＳ１４７において、受信していないと判定された場合には（ステップＳ１４７、ＮＯ）、表示装置１００ａは、画像情報Ｉｍを受信するまで、ステップＳ１４７の動作を繰り返す。一方、ステップＳ１４７において、受信したと判定された場合には（ステップＳ１４７、ＹＥＳ）、ステップＳ１４８において、表示装置１００ａは、制御部４ａの開口画像生成部４８により、中心間距離ｐａに関する情報を含む表示仕様Ｔに基づいて、開口画像表示部６により複数の開口画像６０の元となる複数の開口画像情報を生成する。その後、開口画像生成部４８は、複数の開口画像情報に基づく第４制御信号Ｃ４を、入出力部４６を通して開口画像表示部６に送信する。

続いて、ステップＳ１４９において、表示装置１００ａは、第４制御信号Ｃ４に応じて、開口画像表示部６により複数の開口画像６０を表示する。

続いて、ステップＳ１５０において、表示装置１００ａは、制御部４ａの要素画像生成部４３ａにより、画像情報Ｉｍに基づいて、要素画像表示部２ａにより複数の要素画像２０ａの元となる複数の要素画像情報を生成する。その後、要素画像生成部４３ａは、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２ａを、入出力部４６を通して要素画像表示部２ａに送信する。

続いて、ステップＳ１５１において、表示装置１００ａは、第２制御信号Ｃ２ａに応じて、要素画像表示部２ａにより複数の要素画像２０ａを表示する。これにより、表示装置１００ａは立体像を表示し、観察者Ｍは表示された立体像を視認できる。

ステップＳ１４８およびステップＳ１４９の動作と、ステップＳ１５０およびステップＳ１５１の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両動作が並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ１５２において、表示装置１００ａは、制御部４ａにより、立体像の表示を終了するか否かを判定する。制御部４ａは、表示装置１００ａの操作部を用いた観察者の操作入力に応じて、立体像の表示を終了するか否かを判定する。但し、制御部４ａは、観察者の操作入力以外の信号または情報を用いて上記の判定を行ってもよい。

ステップＳ１５２において、終了しないと判定された場合には（ステップＳ１５２、ＮＯ）、表示装置１００ａは、ステップＳ１４７以降の動作を再度行い、表示を終了するまでステップＳ１４７以降の動作を繰り返す。一方、ステップＳ１５２において、終了すると判定された場合には（ステップＳ１５２、ＹＥＳ）、表示装置１００ａは表示動作を終了する。

以上のようにして、表示装置１００ａは、立体像を表示することができる。表示装置１００ａの効果は、上述した表示装置１００と同じであるため、ここでは重複した説明を省略する。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態では、観察者Ｍの瞳位置に基づいて、観察者Ｍの視線に追従した複数の光源画像と要素画像とを表示することにより、表示装置の光学視域を動的に制御する。光学視域の動的制御とは、表示する立体像の表示周期ごとに光学視域を制御することをいう。表示周期は、フレームということもでき、ｆｐｓ（frames per second）を単位として表現可能である。本実施形態では、光学視域の動的制御による視点追従に応じて光学視域が拡大された視域であるシステム視域を実現することができる。

＜表示装置１００ｂの構成例＞
図１５は、第３実施形態に係る表示装置１００ｂの内部構成を例示する図である。図１５は、－Ｘ方向から視た表示装置１００ｂの内部を表している。表示装置１００ｂは、検出部７と、制御部４ｂと、を有する。

検出部７は、観察者Ｍの瞳位置に関する情報である瞳位置情報Ｉｒを出力する。瞳は、目の虹彩、あるいは目の虹彩および瞳孔の両方を意味する。

検出部７は、要素画像表示部２の上方（＋Ｙ方向）に配置される。但し、検出部７の配置位置は、観察者Ｍの両目を検出可能な位置であれば、特段の制限はない。検出部７は、レンズと、撮像素子と、画像処理部と、を有する。

検出部７におけるレンズは、観察者Ｍの両目を含む像を撮像素子の撮像面上に略結像させる。なお、略結像は、厳密に焦点が合った状態を求めるものではなく、瞳位置を検出可能な程度に焦点が合っていればよいことを意味する。

検出部７における撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を含む。この撮像素子は、レンズにより略結像された観察者Ｍの両目を含む像を撮像し、撮像画像を画像処理部に出力する。

検出部７における画像処理部は、観察者Ｍの三次元的な瞳位置を検出するための画像処理を、撮像素子からの撮像画像に対して実行する。画像処理部の機能は、ソフトウェア（ＣＰＵ）、電気回路等により実現できる。この画像処理には、顔検出プログラムやＰｎＰ問題（Perspective-n-Pont Problem）を解くプログラム等の公知のプログラムを適用可能である。検出部７は、画像処理部による画像処理の結果として得られる瞳位置情報Ｉｒを制御部４ｂに出力する。

検出部７における上記画像処理部の機能の少なくとも一部を、制御部４ｂが有してもよい。制御部４ｂが画像処理機能を有する場合には、検出部７は、瞳位置情報Ｉｒとして、撮像素子による撮像画像を制御部４ｂに出力してもよい。

検出部７は、レンズと、撮像素子と、画像処理部と、を有するものに限定されない。検出部７は、走査される光である走査光を観察者Ｍの目に照射し、照射した光が観察者Ｍの目によって反射された光の受光信号に基づいて瞳位置を検出するもの等であってもよい。

＜制御部４ｂの機能構成例＞
図１６は、表示装置１００ｂが有する制御部４ｂの機能構成を例示するブロック図である。制御部４ｂは、要素画像生成部４３ｂと、光源画像生成部４４ｂと、を有する。

上記各機能は、ソフトウェア（ＣＰＵ）、電気回路またはソフトウェアおよび電気回路の両方により実現される。上記各機能は、外部装置との分散処理により実現されてもよい。

要素画像生成部４３ｂは、画像情報Ｉｍと、表示仕様Ｔと、検出部７からの瞳位置情報Ｉｒと、に基づいて、インテグラル方式により立体像を表示するための複数の要素画像２０ｂの元となる複数の要素画像情報を生成する。要素画像生成部４３ｂは、瞳位置情報Ｉｒに基づいて複数の要素画像情報を生成することにより、観察者Ｍの視線に追従可能な複数の要素画像２０ｂの元となる複数の要素画像情報を生成できる。

本実施形態では、要素画像生成部４３ｂは、要素画像表示部２により表示される要素画像のアスペクト比を可変に、複数の要素画像２０ｂの元となる複数の要素画像情報を生成できる。ここで、アスペクト比とは、水平方向（図１５のＸ方向）における対象の長さと、鉛直方向（図１５のＹ方向）における対象の長さの比をいう。要素画像のアスペクト比は、対象が要素画像である場合のアスペクト比を意味する。

要素画像生成部４３ｂは、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２ｂを、入出力部４６を通して要素画像表示部２に送信することにより、要素画像表示部２に複数の要素画像２０ｂを表示させる。

光源画像生成部４４ｂは、表示仕様Ｔと、瞳位置情報Ｉｒと、に基づいて、光源画像表示部１により表示される複数の光源画像１０の元となる複数の光源画像情報を生成する。光源画像生成部４４ｂは、瞳位置情報Ｉｒに基づいて複数の光源画像情報を生成することにより、観察者Ｍの視線に追従可能な複数の光源画像１０ｂの元となる複数の光源画像情報を生成できる。

光源画像生成部４４ｂは、複数の光源画像情報に基づく第１制御信号Ｃ１ｂを、入出力部４６を通して光源画像表示部１に送信することにより、光源画像表示部１に複数の光源画像１０ｂを表示させる。

＜表示装置１００ｂによる立体像の表示動作例＞
図１７は、図１５に示した表示装置１００ｂによる立体像の表示動作を例示するフローチャートである。表示装置１００ｂは、観察者による表示装置１００ｂへの表示開始の操作入力をトリガーにして、図１７の動作を開始する。但し、このトリガーは、表示装置１００ｂへの表示開始の操作入力以外の信号または情報であってもよい。

図１７におけるステップＳ１７１からステップＳ１７７までの表示装置１００ｂの動作は、図６におけるステップＳ６１からステップＳ６７までの表示装置１００の動作と同じである。制御部４を制御部４ｂに、要素画像生成部４３を要素画像生成部４３ｂに、光源画像生成部４４を光源画像生成部４４ｂに、それぞれ置き換えることにより、図６の説明を図１７の説明に適用できる。以下では、図６との共通部分の説明は省略し、相違点について説明する。

ステップＳ１７８において、表示装置１００ｂは、検出部７により検出された観察者Ｍの瞳位置情報Ｉｒを制御部４ｂの入出力部４６により入力する。

続いて、ステップＳ１７９において、表示装置１００ｂは、制御部４ｂの光源画像生成部４４ｂにより、中心間距離ｐに関する情報を含む表示仕様Ｔと、瞳位置情報Ｉｒと、に基づいて、光源画像表示部１により複数の光源画像１０ｂの元となる複数の光源画像情報を生成する。その後、光源画像生成部４４ｂは、複数の光源画像情報に基づく第１制御信号Ｃ１ｂを、入出力部４６を通して光源画像表示部１に送信する。

続いて、ステップＳ１８０において、表示装置１００ｂは、第１制御信号Ｃ１ｂに応じて、光源画像表示部１により複数の光源画像１０ｂを表示する。

続いて、ステップＳ１８１において、表示装置１００ｂは、制御部４ｂの要素画像生成部４３ｂにより、画像情報Ｉｍと、表示仕様Ｔと、瞳位置情報Ｉｒと、に基づいて、要素画像表示部２により複数の要素画像２０ｂの元となる複数の要素画像情報を生成する。その後、要素画像生成部４３ｂは、複数の要素画像情報に基づく第２制御信号Ｃ２ｂを、入出力部４６を通して要素画像表示部２に送信する。

続いて、ステップＳ１８２において、表示装置１００ｂは、第２制御信号Ｃ２ｂに応じて、要素画像表示部２により複数の要素画像２０ｂを表示する。これにより、表示装置１００ｂは立体像を表示し、観察者Ｍは表示された立体像を視認できる。

ステップＳ１７９およびステップＳ１８０の動作と、ステップＳ１８１およびステップＳ１８２の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両動作が並行して行われてもよい。

続いて、ステップＳ１８３の動作は、図６におけるステップＳ７２の動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以上のようにして、表示装置１００ｂは、立体像を表示することができる。

＜システム視域φの一例＞
図１８および図１９は、表示装置１００ｂにおけるシステム視域φを例示する図であり、図１８は第１図、図１９は第２図である。図１８は上述した図７に対応している。図１９は上述した図８に対応している。

図１８および図１９におけるシステム視域φは、光学視域θａおよび光学視域θｂのそれぞれが拡大された視域を表している。例えば、表示装置１００ｂは、光学視域θａおよび光学視域θｂに対し、水平方向（Ｘ方向）における視域を略３．３倍、垂直方向（Ｙ方向）における視域を略６．６倍に、それぞれ拡大することができる。

＜正面視域θ０のアスペクト比＞
図１８および図１９において、表示装置１００ｂの表示面１１１から観察者Ｍが位置する方向を視た場合における光学視域θを正面視域θ０と呼ぶ。ここでは正面視域θ０の形状は矩形であるとする。正面視域θ０における水平方向（Ｘ方向）の長さと垂直方向（Ｙ方向）の長さの比を、正面視域θ０のアスペクト比という。

表示装置１００ｂは、観察者Ｍの視点に追従して立体像を表示する際に、正面視域θ０を横長にすることにより、システムレイテンシおよび検出部７による瞳検出誤差の各影響を抑制し、観察者Ｍの動きによって生じるクロストークを低減することができる。

正面視域θ０を横長にするとは、正面視域θ０における水平方向の長さを垂直方向の長さよりも長くすること、すなわち正面視域θ０のアスペクト比を高くすることを意味する。

システムレイテンシとは、表示装置において、表示要求を出してから実際に立体像が表示されるまでに生じる立体像表示の遅延時間をいう。

クロストークとは、複数の同じ立体像が混在した状態で観察者Ｍにより視認される現象をいう。クロストークは、観察者Ｍの視線が光学視域θから外れた場合等に発生する。

図２０は正方配列した複数の要素画像２０ｂを例示する図である。図２１は千鳥配列した複数の要素画像２０ｂを例示する図である。図２０および図２１は、＋Ｚ方向から表示装置１００ｂにおける要素画像表示部２を示している。

光源画像表示部１は、要素画像表示部２の－Ｚ方向側に配置されている。このため、図２０および図２１では、要素画像表示部２と光源画像表示部１を併記している。複数の光源画像１０ｂは、複数の要素画像２０ｂのうちの１対１で対応する要素画像を照明する。

図２０において、複数の要素画像２０ｂは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って整列しており、正方配列している。長さｅｈは、要素画像２０ｂの水平方向の長さを表している。長さｅｖは、要素画像２０ｂの垂直方向の長さを表している。長さｅｈと長さｅｖの比は要素画像のアスペクト比に対応する。

複数の要素画像２０ｂそれぞれのアスペクト比は、いずれも略等しい。正面視域θ０のアスペクト比は、この要素画像のアスペクト比と等しくなる。

本実施形態では、要素画像のアスペクト比は可変である。但し、クロストークを低減する観点では、要素画像のアスペクト比をｅｈ：ｅｖ＝２：１とすることにより、正面視域θ０のアスペクト比を２：１とすることが好ましい。

図２１において、複数の要素画像２０ｂは、千鳥配列している。千鳥配列とは隣り合う３つの配列対象が三角形を形成するように配列することをいう。なお、ここでの配列対象は要素画像である。三角形を形成するように配列する点では、千鳥配列はデルタ配列と称することもできる。

図２１の例においても、複数の要素画像２０ｂそれぞれのアスペクト比は、いずれも略等しい。正面視域θ０のアスペクト比は、この要素画像のアスペクト比と等しくなる。

図２１の例においても、要素画像のアスペクト比は可変である。但し、クロストークを低減する観点では、要素画像のアスペクト比をｅｈ：ｅｖ＝２：１とすることにより、正面視域θ０のアスペクト比を２：１とすることが好ましい。

複数の要素画像２０ｂの配列方式は、正方配列および千鳥配列に限らず、任意の配列であってもよい。

図２２は、正面視域θ０のアスペクト比に応じたクロストーク低減作用を説明する図であり、図２２（ａ）は第１図、図２２（ｂ）は２図である。図２２は、観察者Ｍの目Ｍｂと正面視域θ０との関係を例示している。

観察者Ｍの両眼に該当する２つの目Ｍｂは水平方向に並んでいる。このため、横長の正面視域θ０であると、図２２（ａ）に示すように、正面視域θ０のマージン２１１が大きく確保される。マージン２１１は、２つの目Ｍｂのそれぞれが正面視域θ０から外れないように正面視域θ０内を水平方向において移動可能な距離を意味する。マージン２１１Ｌは、２つの目Ｍｂのうちの一方が移動可能な距離である。マージン２１１Ｒは、２つの目Ｍｂのうちの他方が移動可能な距離である。

本実施形態では、横長の正面視域θ０を用いてマージン２１１を確保することにより、システムレイテンシおよび瞳検出誤差の各影響を抑制し、観察者Ｍが動くことによって観察者Ｍの目Ｍｂが正面視域θ０から外れることにより生じるクロストークを低減できる。

正面視域θ０のアスペクト比は２：１に限定されず、表示装置１００ｂの使用用途等に応じて適宜変更可能である。表示装置１００ｂは、要素画像表示部２により表示する複数の要素画像２０ｂを変更することにより、正面視域θ０のアスペクト比を任意に設定できる。

＜表示装置１００ｂの作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、観察者Ｍの瞳位置に基づいて、観察者Ｍの視線に追従した複数の光源画像１０ｂと複数の要素画像２０ｂとを表示することにより、表示装置１００ｂの光学視域θを動的に制御する。本実施形態では、光学視域θの動的制御により光学視域θを拡大したシステム視域を実現することができる。

上記以外の作用効果は、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、第１実施形態に係る表示装置１００に検出部７等を適用した場合を例示したが、第２実施形態に係る表示装置１００ａに検出部７等を適用した場合にも、同じ作用効果が得られる。

要素画像のアスペクト比を可変にすることにより、正面視域θ０のアスペクト比を可変にする構成は、第１実施形態に係る表示装置１００および第２実施形態に係る表示装置１００ａのいずれにも適用可能である。いずれの場合にも、上記と同様にクロストークを低減する作用効果を得ることができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形および置換を加えることができる。

上述した実施形態では、要素画像表示部が複数の要素画像を表示する場合を例示したが、実施形態に係る表示装置は、要素画像表示部により１つの要素画像を表示することによって立体像を表示することもできる。また、複数の方向制御画像は、複数の光源画像または複数の開口画像に限定されるものではなく、要素画像表示部により表示された要素画像からの光線の方向を制御することができれば、如何なる画像であってもよい。

上述した実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。

なお、実施形態はプログラムを含む。例えば、プログラムは、要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置に実行させるプログラムであって、第１画像表示部により、前記要素画像を表示し、第２画像表示部により、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示し、制御部により、表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する処理を、前記表示装置に実行させる。このようなプログラムにより、上述した表示装置と同様の効果を得ることができる。

１ 光源画像表示部（第２画像表示部の一例）
１０、１０ｂ 複数の光源画像（複数の方向制御画像の一例）
１０Ａ １つの光源画像
１１ バックライト部
１２ 液晶部
２、２ａ 要素画像表示部（第１画像表示部の一例）
２０、２０ａ、２０ｂ 複数の要素画像
２０Ａ １つの二次元画像
３、３ａ 可変機構
４、４ａ、４ｂ 制御部
４１ 受信部
４２ 仕様情報取得部
４３、４３ａ、４３ｂ 要素画像生成部
４４、４４ｂ 光源画像生成部
４５、４５ａ 移動制御部
４６ 入出力部
４７ 格納部
４８ 開口画像生成部
６ 開口画像表示部（第２画像表示部の一例）
６０ 複数の開口画像（複数の方向制御画像の一例）
７ 検出部
１００、１００ａ、１００ｂ 表示装置
１１１、１１１ａ 表示面
２００、２００ａ、２００ｂ 立体像
２１１、２１１Ｌ、２１１Ｒ マージン
Ｃ１、Ｃ１ｂ 第１制御信号
Ｃ２、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ 第２制御信号
Ｃ３、Ｃ３ａ 第３制御信号
Ｃ４ 第４制御信号
ｄ、ｄａ 距離
ｅｈ、ｅｖ 長さ
Ｉｍ 画像情報
Ｉｒ 瞳位置情報
Ｍ 観察者
Ｍｂ 目
ｐ 中心間距離
Ｔ 表示仕様
θ、θａ、θｂ 光学視域
θ０ 正面視域
φ システム視域

Claims (10)

1. 要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置であって、
   前記要素画像を表示する第１画像表示部と、
   前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示する第２画像表示部と、
   表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する制御部と、を有する、表示装置。
2. 前記複数の方向制御画像は、それぞれが光源として機能する複数の光源画像であり、
   前記第１画像表示部は、前記第２画像表示部により表示された前記複数の光源画像からの光線を用いて前記要素画像を表示する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記方向制御画像は、それぞれが開口として機能する複数の開口画像であり、
   前記複数の開口画像は、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線を通すことにより、前記要素画像からの光線の方向を制御する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記制御部は、前記第２画像表示部により表示される前記複数の方向制御画像のうち、隣り合う前記方向制御画像の中心間距離を可変である、請求項２または請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第２画像表示部と前記第１画像表示部との間の距離を可変な可変機構をさらに有し、
   前記制御部は、前記可変機構の動作を制御可能である、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記制御部は、前記第２画像表示部により表示された１つの前記方向制御画像を用いて１つの二次元画像を前記第１画像表示部に表示させることにより、前記表示装置に二次元画像を表示させる、請求項２または請求項３に記載の表示装置。
7. 水平方向における前記要素画像の長さと、鉛直方向における前記要素画像の長さの比を前記要素画像のアスペクト比とした場合に、
   前記制御部は、前記要素画像のアスペクト比を可変である、請求項１に記載の表示装置。
8. 前記アスペクト比は、２：１である、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記立体像を観察する者の瞳位置に関する情報を出力する検出部をさらに有し、
   前記制御部は、前記検出部からの瞳位置に関する情報に応じて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する、請求項７に記載の表示装置。
10. 要素画像を用いてインテグラル方式により立体像を表示する表示装置に実行させるプログラムであって、
    第１画像表示部により、前記要素画像を表示し、
    第２画像表示部により、前記第１画像表示部により表示された前記要素画像からの光線の方向を制御する複数の方向制御画像を表示し、
    制御部により、表示仕様に基づいて、前記第１画像表示部および前記第２画像表示部の各動作を制御する
    処理を、前記表示装置に実行させる、プログラム。

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