立体表示装置
【課題】立体視に用いられる視差画像を元の視差画像より高解像度化することができる立体表示装置を提供する。
【解決手段】表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、複数の光学素子を有し、第１の視差画像を複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、結像面と視点との間に配置され、第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置とする。
【解決手段】表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、複数の光学素子を有し、第１の視差画像を複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、結像面と視点との間に配置され、第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する投写型立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向にメニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該液晶パネルの画素ピッチと同じピッチで開口を有し、該開口の幅は、該液晶パネルの画素開口幅より狭いブラックストライプ板と、を有し、該液晶パネルの射出光を前記レンティキュラ板へ入射させ、前記レンティキュラ板の出射光を該ブラックストライプ板を通過させてレンティキュラスクリーン上に投写するように構成したことを特徴とする投写型立体表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向に、メニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該レンティキュラ板の出射光を前記液晶パネルへ入射させ、前記液晶パネルからの画像が投写されるレンティキュラスクリーンと、から成り、前記液晶パネルからの画像を該レンティキュラスクリーン上に投写するように構成した投写型立体表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２３２４３５号公報
【特許文献２】特開平０５−２３２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、立体視に用いられる視差画像を元の視差画像より高解像度化することができる立体表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記表示面が、第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面であり、前記縮小光学系を構成する前記複数の光学素子が前記表示面の湾曲方向に配列された、請求項１または２に記載の立体表示装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子の焦点距離が設定された、請求項４に記載の立体表示装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子が予め定めた位置に配置された、請求項４に記載の立体表示装置である。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、前記立体視用光学系が、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項３から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、前記縮小光学系が、複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項１２に記載の立体表示装置である。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、前記縮小光学系を複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項３から請求項１３までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１４に記載の立体表示装置である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、立体視に用いられる視差画像（第２の視差画像）を、元の視差画像（第１の視差画像）より高解像度化することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、複数の縮小部分画像が連続的に配列された第２の視差画像を得ることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の視差画像が曲面状の表示面に表示されている場合でも、平面状の結像面に第２の視差画像を結像することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、光学系の設計を容易化することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、第２の視差画像を構成する複数の縮小部分画像の解像度を揃えることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、同じ焦点距離を有する複数の光学素子を用いて、第２の視差画像を構成する複数の縮小部分画像の解像度を揃えることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、拡散板を備えない場合と比較して、視域を拡大することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、組間でのクロストークを低減することができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、一般的な立体視の原理に基づいて、第２の視差画像を立体視することができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、視点数が３以上に増加した場合でも、視点数に応じて第２の視差画像の高解像度化を図ることができ、自然な立体感を実現することができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、シート状のレンチキュラーレンズを湾曲させて用いる等、縮小光学系の設計を容易化することができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、部品点数が少なくなり、製造工程を簡素化することができる。
【００３４】
請求項１４に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００３５】
請求項１５に記載の発明によれば、フライアイレンズ、ロッドレンズアレイ等の一般的なレンズアレイを用い、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図２】パララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示す立体表示装置の断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は図６に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図９】縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１２】縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である
【図１３】平面状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１４】階段状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３８】
＜立体表示方式＞
まず、本実施の形態に係る立体表示装置で用いられる立体表示方式について簡単に説明する。本実施の形態に係る立体表示装置では、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、視点毎に異なる二次元画像を用意して、視点間に生じる視差に基づいて三次元画像（立体像）を表示する立体表示方式を用いる。これら視差に基づいて立体視を行う立体表示方式は「視差方式」と称される。以下では、左右両眼に生じる視差に基づいて立体視を行う「両眼視差方式」を例に、レンズアレイ方式及びパララックスバリア方式の立体視の原理について説明する。
【００３９】
（レンズアレイ方式）
図１（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図１（Ａ）に示すように、右眼用の二次元画像１と、左眼用の二次元画像２とが用意される。右眼用画像１は、第１の方向（図１（Ａ）における横方向）に沿って複数の短冊状の画像片１Ａ〜１Ｆに分割される。以下では、複数の画像片が並ぶ第１の方向を「横方向」と称し、第１の方向と交差する第２の方向を「縦方向」と称する。
【００４０】
左眼用画像２は、横方向に沿って複数の短冊状の画像片２Ａ〜２Ｆに分割される。複数の画像片１Ａ〜１Ｆ、２Ａ〜２Ｆは、１Ａ→２Ａ→１Ｂ→２Ｂ→・・・→１Ｆ→２Ｆというように、右眼用と左眼用とが交互に配置されるように並べられる。これにより、右眼用画像１と左眼用画像２とが合成された視差画像３が得られる。
【００４１】
図１（Ｂ）に示すように、レンズアレイ方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、レンチキュラーレンズ４が配置されている。レンチキュラーレンズ４は、視点側に突出した複数の凸部４Ａ〜４Ｆを有している。複数の凸部４Ａ〜４Ｆは、横方向に沿って配列されている。両眼視差方式では、視点数は「２」である。凸部４Ａに画像片１Ａ及び２Ａを対応付け、凸部４Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂを対応付けるというように、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には、視点数分の画像片が対応付けられている。
【００４２】
レンチキュラーレンズ４は、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように構成されている。換言すれば、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。
【００４３】
なお、上記では「両眼視差方式」を例に立体視の原理について説明したが、視点数は「２」に限定される訳ではなく、視点数を３以上に増やしてもよい。視点数が多くなるほど自然な立体感が実現される。例えば、上記の例で視点数を「８」とすると、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には８個の画像片が対応付けられる。従って、視点数を増やすためには、視差画像３の解像度を向上させる必要がある。
【００４４】
（パララックスバリア方式）
図２はパララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図２に示すように、パララックスバリア方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、視差バリア７が配置されている。視差バリア７は、縦方向に長いスリット状に開口した複数の開口部７Ａ〜７Ｆを有している。複数の開口部７Ａ〜７Ｆは、横方向に沿って配列されている。開口部７Ａに画像片１Ａ及び２Ａ、開口部７Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂというように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆの各々には視点数分の画像片が対応付けられている。
【００４５】
視差バリア７には、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆが形成されている。なお、右側視点５からの視線は、視差バリア７により遮断されて左眼用画像２の画像片には届かず、左側視点６からの視線は、視差バリア７により遮断されて右眼用画像１の画像片には届かない。
【００４６】
レンズアレイ方式と同様に、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。また、レンズアレイ方式と同様に、視点数を増やしてもよい。
【００４７】
＜立体表示装置−第１の実施の形態−＞
次に、第１の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
【００４８】
（立体表示装置の構成）
図３は本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図４は図３に示す立体表示装置の横方向に沿った断面図である。図３及び図４に示すように、立体表示装置１０は、表示部２０、縮小光学系３０及び立体視用光学系４０を備えている。表示部２０は、表示面２４に第１の視差画像２２を表示する。縮小光学系３０は、表示面２４に表示された第１の視差画像２２を縮小して、平面状の結像面６０に第２の視差画像６２を結像する。立体視用光学系４０は、結像面６０に結像された第２の視差画像６２が、複数の視点５２から立体視されるように機能する。表示部２０の表示面２４、縮小光学系３０、結像面６０、立体視用光学系４０、及び視点５２の各々は、表示部２０から視点５２側に向かって、この順序で配置されている。
【００４９】
本実施の形態では、縮小光学系３０は、平面状の結像面６０に第２の視差画像６２を結像するように構成されている。一方、表示部２０の表示面２４は、曲面状としてもよく、平面状としてもよい。或いは、階段状としてもよい。以下では、表示部２０が曲面状の表示面２４を有する場合について説明する。曲面状の表示面２４とする場合には、平面状の表示面２４と比較すると、表示面２４の面積が小さくなり表示部２０が小型化されるという利点がある。なお、他の形状の表示面２４を備える例については後述する。
【００５０】
本実施の形態では、表示部２０は、横方向に湾曲した表示面２４を有している。表示面２４は、曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲した曲面である。第１の視差画像２２は、短冊状の複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆに区分されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、横方向に湾曲した表示面２４に沿って表示される。なお、各々を区別する必要がない場合には、部分画像２６Ａ〜２６Ｆを「部分画像２６」と総称する。
【００５１】
表示部２０としては、画像を表示する表示面２４を備えていればよく、その態様は特に制限されない。例えば、画像が印刷されたカードや用紙等、一方の表示面に画像を保持するシート状の画像保持部材としてもよい。また、液晶パネル等で構成された表示面に画像を表示する画像表示装置としてもよい。或いは、スクリーン等で構成された表示面に画像を投影する画像投影装置としてもよい。
【００５２】
縮小光学系３０は、複数の光学素子３２が配列されたレンズアレイ３４として構成されている。複数の光学素子３２の各々は、横方向において物体像を縮小して結像する縮小レンズとして機能する。この例では、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆが横方向に配列されている。また、複数の光学素子３２は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲したく仮想曲面に沿って配列されている。従って、複数の光学素子３２について、各主面３６から表示面２４までの距離が略一定となる(図５参照）。
【００５３】
複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの各々は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、平面状の結像面６０に複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像させる。第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、光学素子３２Ａ〜３２Ｆを「光学素子３２」と総称し、縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを「縮小部分画像６４」と総称する。
【００５４】
また、本実施の形態では、複数の光学素子３２の各々は、対応する縮小部分画像６４を平面状の結像面６０に結像させるために、各主面３６が結像面６０に対し略平行となるように配置されている。なお、複数の光学素子３２の光学配置については、次に詳しく説明する。
【００５５】
縮小光学系３０としては、表示面２４側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズを用いてもよい。この場合には、レンチキュラーレンズの複数の凸部が、複数の光学素子３２に対応する。また、レンチキュラーレンズは、複数の凸部が上記の仮想曲面に沿って配列されるように、横方向に湾曲した形状とされる。
【００５６】
立体視用光学系４０は、上記のレンズアレイ方式又はパララックスバリア方式により、第２の視差画像６２が立体視されるように機能する光学系である。本実施の形態では、レンズアレイ方式で立体視を行う場合について説明する。立体視用光学系４０は、視点５２側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズで構成されている。レンチキュラーレンズの複数の凸部は、結像面６０に平行な仮想平面に沿って配置されている。
【００５７】
（複数の光学素子の光学配置）
ここで、図４及び図５を参照して、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の各々に対応した光学配置について説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【００５８】
図４に示すように、部分画像２６、当該部分画像２６に対応する光学素子３２、及び当該部分画像２６に対応する縮小部分画像６４は、互いに対応付けられて１つの組７０を構成している。上記の立体表示装置１０は、複数の組７０を有している。複数の組７０は、曲率中心５０を基点として、隣接する組７０間の光軸の交差角度が等しくなるように、等間隔で放射線状に配置されている。本実施の形態では、複数の組７０の各々において、対応する縮小部分画像６４は平面状の結像面６０に結像される。
【００５９】
複数の光学素子３２の各々は、対応する縮小部分画像６４を平面状の結像面６０に結像させるために、各主面３６が結像面６０に対し略平行となるように配置されている。ここで略平行とは、後で図９を参照して説明する通り、設計上の傾きを許容することを意味する。上記の通り、複数の光学素子３２について、各主面３６から表示面２４までの距離は略一定である。従って、複数の光学素子３２の各々は、外側に向かって主面３６から結像面６０までの距離Ｄが短くなるように階段状に配置されている。
【００６０】
また、本実施の形態では、同じ結像面６０に配列される縮小部分画像６４の解像度が等しくなるように、組７０の配置位置（即ち、組７２に含まれる光学素子３２の中心からのずれ）に応じて、光学素子３２の焦点距離ｆが設定されている。部分画像２６が配列される表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離は、複数の組７０の間で略等しい。従って、複数の部分画像２６の各々が同じ面積を有する場合には、複数の部分画像２６の各々は略同じ倍率で縮小されて結像されて、複数の縮小部分画像６４の各々は略同じ面積となる。
【００６１】
また、外側に配置される組７０では、内側に配置される組７０よりも、光学素子３２の焦点距離ｆが短くなる。例えば、図５（Ａ）に示すように、立体表示装置１０の中央部では、部分画像２６Ｄは、対応する光学素子３２Ｄにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ｄが平面状の結像面６０に結像される。中央部に配置された光学素子３２Ｄの焦点距離ｆｉｎは、複数の光学素子３２の中で最も長くなる。また、光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから結像面６０までの距離ＤＤは、ｆｉｎから２ｆｉｎまでの範囲となる。
【００６２】
一方、図５（Ｂ）に示すように、立体表示装置１０の最も外側では、部分画像２６Ａは、対応する光学素子３２Ａにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ａが結像面６０に結像される。最も外側に配置された光学素子３２Ａの焦点距離ｆｏｕｔは、複数の光学素子３２の中で最も短くなる。また、光学素子３２Ａの主面３６Ａから結像面６０までの距離ＤＡは、ｆｏｕｔから２ｆｏｕｔまでの範囲となる。
【００６３】
本実施の形態では、複数の組７０を規則的に配列することで、立体表示装置１０の光学系の設計が容易化される。なお、光学系の設計例については後述する。
【００６４】
なお、部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、縮小結像のために光学素子３２と対応付けられるが、立体視用光学系４０を構成する各光学素子と対応付けられる必要はない。例えば、レンチキュラー方式では、レンチキュラーレンズの複数の凸部の各々に、視点数分の画像片が対応付けられる。部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、視点数分の画像片と対応していなくてもよい。縮小光学系３０の複数の光学素子３２間の間隔は、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部間の間隔よりも、かなり大きくしてもよい。
【００６５】
（立体表示装置の動作）
次に、上記の立体表示装置１０の動作について説明する。
まず、表示部２０の湾曲した表示面２４に、第１の視差画像２２を表示する。第１の視差画像２２は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆから構成されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、対応する複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの何れかにより縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが、同じ解像度で結像される。
【００６６】
第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。平面状の結像面６０には、第２の視差画像６２が結像される。縮小部分画像６４の解像度は、対応する部分画像２６の解像度よりも高い。また、第２の視差画像６２の面積は、第１の視差画像２２の面積よりも小さい。従って、第２の視差画像６２の解像度は、第１の視差画像２２の解像度よりも高い。立体視用光学系４０により、第２の視差画像６２が複数の視点５２から立体視される。
【００６７】
本実施の形態では、立体視に用いる第２の視差画像６２は、第１の視差画像２２よりも高解像度化されている。高解像度の第２の視差画像６２を用いて立体視を行うので、視点数が増加してもよく、視点数の増加により自然な立体感が実現される。
【００６８】
また、本実施の形態では、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆは、平面状の結像面６０に隙間なく結像される。複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像面６０に隙間なく配列することで、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが連続的に配列された第２の視差画像６２が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態では、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆの各々は、対応する光学素子３２が配置される位置に応じて当該光学素子３２の焦点距離ｆを設定することで、平面状の結像面６０に同じ解像度で結像される。なお、光学素子３２の配置位置や焦点距離ｆが複数の組７０間で異なることにより、第２の視差画像６２において画像歪みが生じる場合には、当該画像歪みを打ち消すように、第１の視差画像２２を予め補正しておいてもよい。
【００７０】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図６は本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図６に示すように、第２の実施の形態に係る立体表示装置１０Ｃは、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の焦点距離を一定にして配置を変更した以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
ここで、図６及び図７を参照して、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の各々に対応した光学配置について説明する。図７（Ａ）及び（Ｂ）は図６に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【００７２】
図６に示すように、複数の組７０の各々において、対応する縮小部分画像６４は平面状の結像面６０に結像される。本実施の形態では、複数の組７０の各々は、同じ焦点距離ｆを有する光学素子３２を有している。即ち、複数の光学素子３２の主面３６の各々は、同じ平面上にある。また、複数の組７０の各々では、同じ結像面６０に配列される縮小部分画像６４の解像度が略等しくなるように、組７０（即ち、組７０に含まれる光学素子３２）の配置位置が設定されている。
【００７３】
部分画像２６が配列される表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離は、複数の組７０間で異なるようになる。外側に配置される組７０では、内側に配置される組７０よりも、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離が短くなる。
【００７４】
例えば、図７（Ａ）に示すように、立体表示装置１０の中央部では、部分画像２６Ｄは、対応する光学素子３２Ｄにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ｄが平面状の結像面６０に結像される。光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから結像面６０までの距離をＤＤとし、光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから表示面２４までの距離をＥＤとする。一方、立体表示装置１０の最も外側では、部分画像２６Ａは、対応する光学素子３２Ａにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ａが結像面６０に結像される。光学素子３２Ａの主面３６Ａから結像面６０までの距離をＤＡとし、光学素子３２Ａの主面３６Ａから表示面２４までの距離をＥＡとする。
【００７５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、中央部に配置された組７０の主面３６Ｄから表示面２４までの距離ＥＤは、最も外側に配置された組７０の主面３６Ａから表示面２４までの距離ＥＡよりも長い。また、中央部に配置された組７０の主面３６Ｄから結像面６０までの距離ＤＤは、最も外側に配置された組７０の主面３６Ａから結像面６０までの距離ＤＡと略同じ長さである。
【００７６】
光学素子３２Ｄと光学素子３２Ａの焦点距離は同じなので、厳密には、光学素子３２Ｄの結像倍率は光学素子３２Ａよりも小さくなる。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光学素子３２の配置位置により結像位置は異なるが、光学素子３２Ｄと光学素子３２Ａに共通する焦点深度内を結像面６０とすればよい。
【００７７】
本実施の形態では、焦点距離ｆが等しい複数の光学素子３２の各々について、中心からのずれに応じて光学素子３２の配置位置を設定することで、複数の縮小部分画像６４の各々が、平面状の結像面６０に高解像度で結像される。また、複数の縮小部分画像６４の各解像度は略等しい。
【００７８】
＜縮小光学系の設計例＞
次に、上記した立体表示装置の縮小光学系の設計例について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９は縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。ここでは説明を簡略化するために、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の個数と、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部の個数とが、同数であると仮定する。図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９に示すように、横方向の断面図における各パラメータを以下の通り定義する。なお、中央で結像面６０に接する曲率中心５０周りの曲面を「仮想面６１」とする。
【００７９】
Ｌ１：湾曲した表示面２４の弧の長さ
Ｌ２：湾曲した仮想面６１の弧の長さ
Ｒ：曲率中心５０から表示面２４までの距離（曲率半径）
ｕ：曲率中心５０から仮想面６１までの距離（曲率半径）
ｔ：表示面２４から仮想面６１までの距離
ΔＲｎ：中央からｎ番目の縮小部分画像６４（結像面６０）と仮想面６１との光軸方向での距離
ｓｎ: 中央からｎ番目の表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離
ｓｉ：光学素子３２の主面３６から結像面６０までの距離
θ：表示面２４及び仮想面６１の拡がり角度（半角）
Δθ：隣接する組７０間の光軸の交差角度
ｄｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の直径（または、隣接する光学素子３２間の間隔を表す）
２Ｎ＋１：光学素子３２の個数（組７０の個数）
Ｍ：光学素子３２の結像倍率
ｆｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の焦点距離
ｈｎ：中央からｎ番目の縮小部分画像６４の横方向の幅
φｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の結像面６０に対する傾き
Ｈ：部分画像２６の横方向の幅
【００８０】
上記パラメータは以下の関係を満たす。
Ｌ１＝２Ｒθ
Ｌ２＝２ｕθ
ｔ＝Ｒ−ｕ
ｈｎ＝ＭＲΔθ／ｃｏｓθ
φｎ≒ｎΔθ／２
Ｈ＝２Ｒθ／２Ｎ＋１
【００８１】
表示面２４及び仮想面６１の拡がり角度（半角）はθであり、拡がり角度（全角）は２θである。（２Ｎ＋１）個の組７０が、曲率中心５０を基点として±θの範囲に等間隔で放射線状に配置される。このとき、隣接する組７０間の光軸の交差角度Δθは、下記式（１）で表される。
【００８２】
【数１】
【００８３】
結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度を一定にしたい場合には、光学素子３２の結像倍率Ｍを一定にする。なお、光学素子３２の結像倍率Ｍの場合に、解像度はｍ倍（ｍ＝１／Ｍ）まで向上する。
【００８４】
上記の定義の下で、結像面６０を平面状とするための各種パラメータを導出する。複数の縮小部分画像６４は、平面状の結像面６０上に配列される。平面状の結像面６０上に配列するためには、複数の光学素子３２の各主面を結像面６０と略平行にする必要がある。
従って、外側に行くほど、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｎ」は短くなり、縮小部分画像６４（結像面６０）と仮想面６１との光軸方向での「距離ΔＲｎ」は長くなる。「距離ΔＲｎ」は、下記式（２）で与えられる。
【００８５】
【数２】
【００８６】
図８及び図９を参照すれば分かるように、光学素子３２の結像倍率Ｍは、下記式（３）で表される。
【００８７】
【数３】
【００８８】
結像倍率Ｍを一定にすると、中央からｎ番目の表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｎ」は、下記式（４）で表される。
【００８９】
【数４】
【００９０】
中央からｎ番目の光学素子３２による結像の関係は、下記式（５）及び（６）で表される。ここで、複数の光学素子３２の各主面は結像面６０と略平行であるが、中央からｎ番目の光学素子３２においては、その主面３６の結像面６０に対する「傾きφｎ」は設計上許容されるものとする。
【００９１】
【数５】
【００９２】
【数６】
【００９３】
また、中央からｎ番目の光学素子３２の「直径ｄｎ」は、下記式（７）で表される。なお、光学素子３２の「直径ｄｎ」は、隣接する光学素子３２間の間隔に相当する。
【００９４】
【数７】
【００９５】
以上の通り、本実施の形態では、種々のパラメータを設定することで、中央からｎ番目の光学素子３２の位置を表す「距離ｓｎ」、中央からｎ番目の光学素子３２の「直径ｄｎ」、中央からｎ番目の光学素子３２の結像特性を表す「焦点距離ｆｎ」等、結像面６０を平面状にするための条件が導出される。即ち、種々のパラメータを設定することで、目的に応じた縮小光学系３０が設計される。
【００９６】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第３の実施の形態に係る立体表示装置１０Ａは、入射した光を拡散させる拡散板８０を更に備える以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００９７】
拡散板８０は、結像面６０と立体視用光学系４０との間に配置されている。拡散板８０は、結像面６０の視点５２側に隣接して配置されるように、平面状の結像面６０に沿った平板状とされている。
【００９８】
レンズ等の光学素子では「Ｆ値」というパラメータが用いられる。Ｆ値は、レンズの焦点距離ｆを有効口径Φで割った値である（即ち、Ｆ＝ｆ／Φ）。Ｆ値は、レンズの明るさを表す指標として用いられる。Ｆ値が小さいほど結像面に集光できる光の量が多くなり、その時の集光角は大きくなる。
【００９９】
従って、縮小光学系３０の（各々のレンズの）Ｆ値が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）Ｆ値よりも小さいときに、結像面６０から発散する光線の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以上となり、良好な観察領域（いわゆる「視域」）や立体感が得られる。一方、結像面６０からの発散光の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以下であれば、レンズからの出射光の幅が小さいため、視域や立体感が低下する。
【０１００】
ところが、用途によっては、縮小光学系３０のＦ値が立体視用光学系４０のＦ値よりも大きくなるように設計する場合がある。この場合には、拡散板８０を備えることによって、レンズ４０の方向に発散する発散光の発散角が大きくなり、視域が拡大する。この通り、本実施の形態では、結像面６０と立体視用光学系４０との間に拡散板８０を配置することで、結像面６０に結像される第２の視差画像６２の各画素からの光を拡散させる。縮小光学系３０のＦ値が大きくても、視域が拡大する。
【０１０１】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１１に示すように、第４の実施の形態に係る立体表示装置１０Ｂは、互いに隣接する組７０の間に、遮光部材９０を配置した以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０２】
上述した通り、立体表示装置１０Ｂは、等間隔で放射線状に配置された複数の組７０を有している。互いに隣接する組７０の間には、光を遮断する遮光部材９０が各々配置されている。遮光部材９０は、互いに隣接する組７０間で光を遮断するように、結像面６０よりも表示部２０側に配置されている。例えば、遮光部材９０は、光軸方向においては、表示面２４から結像面６０まで遮光するように配置されている。なお、遮光部材９０は、表示面２４及び結像面６０の各々とは交差しないように配置されている。
【０１０３】
本実施の形態では、遮光部材９０により互いに隣接する組７０間で光が遮断され、組間でのクロストークが低減される。
【０１０４】
＜その他の変形例＞
次に、その他の変形例について説明する。
【０１０５】
（縮小光学系と立体視用光学系の一体化）
上記の実施の形態では、縮小光学系と立体視用光学系とを別々の部材として構成する例について説明したが、縮小光学系と立体視用光学系とを一体化された１つの光学部材として構成してもよい。図１２は縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である。図１２に示すように、この変形例では、縮小光学系部３０Ａと立体視用光学系部４０Ａとが一体化された光学部材１００が用いられる。
【０１０６】
結像面６０は、光学部材１００内に位置することになる。光学部材１００は、平面状の結像面６０に沿った平板状とされる。図１に示す立体表示装置１０、図６に示す立体表示装置１０Ｃ、図１０に示す立体表示装置１０Ａ、図１１に示す立体表示装置１０Ｂの各々において、縮小光学系３０と立体視用光学系４０とを配置する代わりに、光学部材１００が配置される。
【０１０７】
光学部材１００は、例えば、縮小光学系３０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズと、立体視用光学系４０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズとを、貼り合わせて作製してもよい。シート状のレンチキュラーレンズは、凸部が形成される一方の側が「表面」であり、他方の側が「裏面」である。２種類のシート状のレンチキュラーレンズは、互いの凸部が外側を向くように、裏面同士が接着される。また、光学部材１００は、射出成型等により一体成型してもよい。
【０１０８】
（表示面及び結像面の湾曲方向）
上記の実施の形態及び変形例では、表示面２４及び結像面６０の各々が視差画像の複数の画像片が並ぶ第１の方向（横方向）に湾曲している例について説明したが、これに限定される訳ではない。結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度が、表示面２４に表示される第１の視差画像２２の解像度よりも高くなればよい。例えば、表示面２４及び結像面６０の各々を第１の方向と交差する第２の方向（縦方向）に湾曲させてもよい。この場合は、縮小光学系３０の複数の光学素子３２も縦方向に沿って配列される。
【０１０９】
或いは、表示面２４及び結像面６０の各々を、横方向及び縦方向の両方に湾曲させてもよい。横方向及び縦方向の両方において、第２の視差画像６２の解像度が向上する。即ち、両方向に多視点化が図られる。この場合、表示面２４及び結像面６０の各々は球面となる。また、縮小光学系３０の複数の光学素子３２は、横方向及び縦方向に沿って二次元状に配列される。複数の光学素子３２が二次元状に配列された縮小光学系３０としては、フライアイレンズ等のレンズアレイが用いられる。レンズアレイとしては、セルフォックレンズ等のロッドレンズを束ねたレンズアレイを用いてもよい。
【０１１０】
（平面状の表示面）
上記の実施の形態及び変形例では、表示面２４が湾曲している例について説明したが、上述した通り、表示面２４を平面状としてもよい。図１３は平面状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１３に示すように、表示部２０は平面状の表示面２４を備えている。また、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の各主面３６は、同じ平面上にある。
【０１１１】
表示面２４には、短冊状の複数の部分画像２６に区分された第１の視差画像２２が表示される。短冊状の複数の部分画像２６は、横方向に並べられている。複数の部分画像２６の各々は、対応する複数の光学素子３２により縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６に対応して、複数の縮小部分画像６４が同じ解像度で結像される。これにより、結像面６０には、第２の視差画像６２が表示される。
【０１１２】
この例では、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｏ」及び光学素子３２の主面３６から結像面６０までの「距離ｓｉ」の各々は一定である。従って、下記式（Ａ）に示すように、結像倍率Ｍも一定となる。なお、「距離ｓｏ」は、図８の「距離ｓｎ」に相当する。ここで、「Ｈ」は部分画像２６の横方向の幅を表し、「ｈ」は縮小部分画像６４の横方向の幅を表す。
【０１１３】
【数８】
【０１１４】
下記式（Ｂ）で表される結像式に基づいて、上記結像倍率Ｍが得られるように、光学素子３２の焦点距離ｆを求める。
【０１１５】
【数９】
【０１１６】
このとき、隣接する光学素子３２間の「間隔ｄ」は、結像面６０から曲率中心５０までの距離を「ｕ」として、下記式（Ｃ）で与えられる。
【０１１７】
【数１０】
【０１１８】
以上の通り、表示面２４を平面状としてもよい。表示面２４を平面状とすることで、表示部２０が平板状に形成される。例えば、表示部２０を画像が印刷されたシート状の画像保持部材とする場合には、画像保持部材を湾曲させなくて済む。なお、第４の実施の形態と同様に、クロストークを低減するために、互いに隣接する組７０の間に遮光部材９０を配置してもよい。
【０１１９】
（階段状の表示面）
また、表示面２４を階段状としてもよい。図１４は階段状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１４に示すように、表示部２０は階段状の表示面２４を備えている。また、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の各主面３６は、結像面６０に略平行とされている。
【０１２０】
表示面２４には、短冊状の複数の部分画像２６に区分された第１の視差画像２２が表示される。短冊状の複数の部分画像２６は、階段状の表示面２４の各踊り場に割り当てられて、横方向に並べられている。複数の部分画像２６の各々は、対応する複数の光学素子３２により縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６に対応して、複数の縮小部分画像６４が同じ解像度で結像される。これにより、結像面６０には、第２の視差画像６２が表示される。
【０１２１】
この例では、表示面２４と結像面６０との距離ｔは外側ほど大きくなるので、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｏ」及び光学素子３２の主面３６から結像面６０までの「距離ｓｉ」の各々が変化する。段差を「Δｓｏ」とすると、隣接する組間での「距離ｓｏ及び距離ｓｉ」と「距離ｓｏ´及び距離ｓｉ´」との関係は、下記式（Ｄ）で表される。
【０１２２】
【数１１】
【０１２３】
従って、下記式（Ｅ）に示すように、「距離ｓｏ」と「距離ｓｉ」との比を一定とすることで、結像倍率Ｍも一定となる。
【０１２４】
【数１２】
【０１２５】
表示面２４と結像面６０との距離ｔ（＝ｓｏ＋ｓｉ）が変化しても、下記式（Ｆ）で表される結像式に基づいて、上記結像倍率Ｍが得られるように、光学素子３２の焦点距離ｆ´を求める。
【０１２６】
【数１３】
【０１２７】
このとき、隣接する光学素子３２間の「間隔ｄ」は、結像面６０から曲率中心５０までの距離を「ｕ」として、下記式（Ｇ）で与えられる。
【０１２８】
【数１４】
【０１２９】
上記の例では、表示面２４を階段状とすることで、表示面２４を平面状とした場合と比較すると、表示面２４、ひいては表示部２０の横方向のサイズが小さくなる。なお、縮小部分画像６４の横方向の「幅ｈ」を一定とすると、部分画像２６の横方向の「幅Ｈ」は、外側ほど狭くなる。また、第４の実施の形態と同様に、クロストークを低減するために、互いに隣接する組７０の間に遮光部材９０を配置してもよい。
【０１３０】
なお、図１４に示す例において、複数の部分画像２６の解像度を外側ほど高くしてもよい。部分画像２６の解像度を外側ほど高くすることで、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２は、各主面３６が同じ平面上に配置されるようになる。
【０１３１】
また、上記各実施形態で説明した立体表示装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 右眼用画像
１Ａ〜１Ｆ 画像片
２ 左眼用画像
２Ａ〜２Ｆ 画像片
３ 視差画像
４ レンチキュラーレンズ
４Ａ〜４Ｆ 凸部
５ 右側視点
６ 左側視点
７ 視差バリア
７Ａ〜７Ｆ 開口部
１０ 立体表示装置
１０Ａ 立体表示装置
１０Ｂ 立体表示装置
２０ 表示部
２２ 視差画像
２４ 表示面
２６ 部分画像
３０ 縮小光学系
３２ 光学素子
３４ レンズアレイ
３６ 主面
４０ 立体視用光学系
５０ 曲率中心
５２ 視点
６０ 結像面
６２ 視差画像
６４ 縮小部分画像
７０ 組
８０ 拡散板
９０ 遮光部材
１００ 光学部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する投写型立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向にメニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該液晶パネルの画素ピッチと同じピッチで開口を有し、該開口の幅は、該液晶パネルの画素開口幅より狭いブラックストライプ板と、を有し、該液晶パネルの射出光を前記レンティキュラ板へ入射させ、前記レンティキュラ板の出射光を該ブラックストライプ板を通過させてレンティキュラスクリーン上に投写するように構成したことを特徴とする投写型立体表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向に、メニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該レンティキュラ板の出射光を前記液晶パネルへ入射させ、前記液晶パネルからの画像が投写されるレンティキュラスクリーンと、から成り、前記液晶パネルからの画像を該レンティキュラスクリーン上に投写するように構成した投写型立体表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２３２４３５号公報
【特許文献２】特開平０５−２３２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、立体視に用いられる視差画像を元の視差画像より高解像度化することができる立体表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記表示面が、第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面であり、前記縮小光学系を構成する前記複数の光学素子が前記表示面の湾曲方向に配列された、請求項１または２に記載の立体表示装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子の焦点距離が設定された、請求項４に記載の立体表示装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子が予め定めた位置に配置された、請求項４に記載の立体表示装置である。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、前記立体視用光学系が、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項３から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、前記縮小光学系が、複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項１２に記載の立体表示装置である。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、前記縮小光学系を複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項３から請求項１３までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１４に記載の立体表示装置である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、立体視に用いられる視差画像（第２の視差画像）を、元の視差画像（第１の視差画像）より高解像度化することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、複数の縮小部分画像が連続的に配列された第２の視差画像を得ることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の視差画像が曲面状の表示面に表示されている場合でも、平面状の結像面に第２の視差画像を結像することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、光学系の設計を容易化することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、第２の視差画像を構成する複数の縮小部分画像の解像度を揃えることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、同じ焦点距離を有する複数の光学素子を用いて、第２の視差画像を構成する複数の縮小部分画像の解像度を揃えることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、拡散板を備えない場合と比較して、視域を拡大することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、組間でのクロストークを低減することができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、一般的な立体視の原理に基づいて、第２の視差画像を立体視することができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、視点数が３以上に増加した場合でも、視点数に応じて第２の視差画像の高解像度化を図ることができ、自然な立体感を実現することができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、シート状のレンチキュラーレンズを湾曲させて用いる等、縮小光学系の設計を容易化することができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、部品点数が少なくなり、製造工程を簡素化することができる。
【００３４】
請求項１４に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００３５】
請求項１５に記載の発明によれば、フライアイレンズ、ロッドレンズアレイ等の一般的なレンズアレイを用い、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図２】パララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示す立体表示装置の断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は図６に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図９】縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１２】縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である
【図１３】平面状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１４】階段状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３８】
＜立体表示方式＞
まず、本実施の形態に係る立体表示装置で用いられる立体表示方式について簡単に説明する。本実施の形態に係る立体表示装置では、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、視点毎に異なる二次元画像を用意して、視点間に生じる視差に基づいて三次元画像（立体像）を表示する立体表示方式を用いる。これら視差に基づいて立体視を行う立体表示方式は「視差方式」と称される。以下では、左右両眼に生じる視差に基づいて立体視を行う「両眼視差方式」を例に、レンズアレイ方式及びパララックスバリア方式の立体視の原理について説明する。
【００３９】
（レンズアレイ方式）
図１（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図１（Ａ）に示すように、右眼用の二次元画像１と、左眼用の二次元画像２とが用意される。右眼用画像１は、第１の方向（図１（Ａ）における横方向）に沿って複数の短冊状の画像片１Ａ〜１Ｆに分割される。以下では、複数の画像片が並ぶ第１の方向を「横方向」と称し、第１の方向と交差する第２の方向を「縦方向」と称する。
【００４０】
左眼用画像２は、横方向に沿って複数の短冊状の画像片２Ａ〜２Ｆに分割される。複数の画像片１Ａ〜１Ｆ、２Ａ〜２Ｆは、１Ａ→２Ａ→１Ｂ→２Ｂ→・・・→１Ｆ→２Ｆというように、右眼用と左眼用とが交互に配置されるように並べられる。これにより、右眼用画像１と左眼用画像２とが合成された視差画像３が得られる。
【００４１】
図１（Ｂ）に示すように、レンズアレイ方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、レンチキュラーレンズ４が配置されている。レンチキュラーレンズ４は、視点側に突出した複数の凸部４Ａ〜４Ｆを有している。複数の凸部４Ａ〜４Ｆは、横方向に沿って配列されている。両眼視差方式では、視点数は「２」である。凸部４Ａに画像片１Ａ及び２Ａを対応付け、凸部４Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂを対応付けるというように、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には、視点数分の画像片が対応付けられている。
【００４２】
レンチキュラーレンズ４は、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように構成されている。換言すれば、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。
【００４３】
なお、上記では「両眼視差方式」を例に立体視の原理について説明したが、視点数は「２」に限定される訳ではなく、視点数を３以上に増やしてもよい。視点数が多くなるほど自然な立体感が実現される。例えば、上記の例で視点数を「８」とすると、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には８個の画像片が対応付けられる。従って、視点数を増やすためには、視差画像３の解像度を向上させる必要がある。
【００４４】
（パララックスバリア方式）
図２はパララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図２に示すように、パララックスバリア方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、視差バリア７が配置されている。視差バリア７は、縦方向に長いスリット状に開口した複数の開口部７Ａ〜７Ｆを有している。複数の開口部７Ａ〜７Ｆは、横方向に沿って配列されている。開口部７Ａに画像片１Ａ及び２Ａ、開口部７Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂというように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆの各々には視点数分の画像片が対応付けられている。
【００４５】
視差バリア７には、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆが形成されている。なお、右側視点５からの視線は、視差バリア７により遮断されて左眼用画像２の画像片には届かず、左側視点６からの視線は、視差バリア７により遮断されて右眼用画像１の画像片には届かない。
【００４６】
レンズアレイ方式と同様に、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。また、レンズアレイ方式と同様に、視点数を増やしてもよい。
【００４７】
＜立体表示装置−第１の実施の形態−＞
次に、第１の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
【００４８】
（立体表示装置の構成）
図３は本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図４は図３に示す立体表示装置の横方向に沿った断面図である。図３及び図４に示すように、立体表示装置１０は、表示部２０、縮小光学系３０及び立体視用光学系４０を備えている。表示部２０は、表示面２４に第１の視差画像２２を表示する。縮小光学系３０は、表示面２４に表示された第１の視差画像２２を縮小して、平面状の結像面６０に第２の視差画像６２を結像する。立体視用光学系４０は、結像面６０に結像された第２の視差画像６２が、複数の視点５２から立体視されるように機能する。表示部２０の表示面２４、縮小光学系３０、結像面６０、立体視用光学系４０、及び視点５２の各々は、表示部２０から視点５２側に向かって、この順序で配置されている。
【００４９】
本実施の形態では、縮小光学系３０は、平面状の結像面６０に第２の視差画像６２を結像するように構成されている。一方、表示部２０の表示面２４は、曲面状としてもよく、平面状としてもよい。或いは、階段状としてもよい。以下では、表示部２０が曲面状の表示面２４を有する場合について説明する。曲面状の表示面２４とする場合には、平面状の表示面２４と比較すると、表示面２４の面積が小さくなり表示部２０が小型化されるという利点がある。なお、他の形状の表示面２４を備える例については後述する。
【００５０】
本実施の形態では、表示部２０は、横方向に湾曲した表示面２４を有している。表示面２４は、曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲した曲面である。第１の視差画像２２は、短冊状の複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆに区分されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、横方向に湾曲した表示面２４に沿って表示される。なお、各々を区別する必要がない場合には、部分画像２６Ａ〜２６Ｆを「部分画像２６」と総称する。
【００５１】
表示部２０としては、画像を表示する表示面２４を備えていればよく、その態様は特に制限されない。例えば、画像が印刷されたカードや用紙等、一方の表示面に画像を保持するシート状の画像保持部材としてもよい。また、液晶パネル等で構成された表示面に画像を表示する画像表示装置としてもよい。或いは、スクリーン等で構成された表示面に画像を投影する画像投影装置としてもよい。
【００５２】
縮小光学系３０は、複数の光学素子３２が配列されたレンズアレイ３４として構成されている。複数の光学素子３２の各々は、横方向において物体像を縮小して結像する縮小レンズとして機能する。この例では、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆが横方向に配列されている。また、複数の光学素子３２は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲したく仮想曲面に沿って配列されている。従って、複数の光学素子３２について、各主面３６から表示面２４までの距離が略一定となる(図５参照）。
【００５３】
複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの各々は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、平面状の結像面６０に複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像させる。第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、光学素子３２Ａ〜３２Ｆを「光学素子３２」と総称し、縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを「縮小部分画像６４」と総称する。
【００５４】
また、本実施の形態では、複数の光学素子３２の各々は、対応する縮小部分画像６４を平面状の結像面６０に結像させるために、各主面３６が結像面６０に対し略平行となるように配置されている。なお、複数の光学素子３２の光学配置については、次に詳しく説明する。
【００５５】
縮小光学系３０としては、表示面２４側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズを用いてもよい。この場合には、レンチキュラーレンズの複数の凸部が、複数の光学素子３２に対応する。また、レンチキュラーレンズは、複数の凸部が上記の仮想曲面に沿って配列されるように、横方向に湾曲した形状とされる。
【００５６】
立体視用光学系４０は、上記のレンズアレイ方式又はパララックスバリア方式により、第２の視差画像６２が立体視されるように機能する光学系である。本実施の形態では、レンズアレイ方式で立体視を行う場合について説明する。立体視用光学系４０は、視点５２側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズで構成されている。レンチキュラーレンズの複数の凸部は、結像面６０に平行な仮想平面に沿って配置されている。
【００５７】
（複数の光学素子の光学配置）
ここで、図４及び図５を参照して、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の各々に対応した光学配置について説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【００５８】
図４に示すように、部分画像２６、当該部分画像２６に対応する光学素子３２、及び当該部分画像２６に対応する縮小部分画像６４は、互いに対応付けられて１つの組７０を構成している。上記の立体表示装置１０は、複数の組７０を有している。複数の組７０は、曲率中心５０を基点として、隣接する組７０間の光軸の交差角度が等しくなるように、等間隔で放射線状に配置されている。本実施の形態では、複数の組７０の各々において、対応する縮小部分画像６４は平面状の結像面６０に結像される。
【００５９】
複数の光学素子３２の各々は、対応する縮小部分画像６４を平面状の結像面６０に結像させるために、各主面３６が結像面６０に対し略平行となるように配置されている。ここで略平行とは、後で図９を参照して説明する通り、設計上の傾きを許容することを意味する。上記の通り、複数の光学素子３２について、各主面３６から表示面２４までの距離は略一定である。従って、複数の光学素子３２の各々は、外側に向かって主面３６から結像面６０までの距離Ｄが短くなるように階段状に配置されている。
【００６０】
また、本実施の形態では、同じ結像面６０に配列される縮小部分画像６４の解像度が等しくなるように、組７０の配置位置（即ち、組７２に含まれる光学素子３２の中心からのずれ）に応じて、光学素子３２の焦点距離ｆが設定されている。部分画像２６が配列される表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離は、複数の組７０の間で略等しい。従って、複数の部分画像２６の各々が同じ面積を有する場合には、複数の部分画像２６の各々は略同じ倍率で縮小されて結像されて、複数の縮小部分画像６４の各々は略同じ面積となる。
【００６１】
また、外側に配置される組７０では、内側に配置される組７０よりも、光学素子３２の焦点距離ｆが短くなる。例えば、図５（Ａ）に示すように、立体表示装置１０の中央部では、部分画像２６Ｄは、対応する光学素子３２Ｄにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ｄが平面状の結像面６０に結像される。中央部に配置された光学素子３２Ｄの焦点距離ｆｉｎは、複数の光学素子３２の中で最も長くなる。また、光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから結像面６０までの距離ＤＤは、ｆｉｎから２ｆｉｎまでの範囲となる。
【００６２】
一方、図５（Ｂ）に示すように、立体表示装置１０の最も外側では、部分画像２６Ａは、対応する光学素子３２Ａにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ａが結像面６０に結像される。最も外側に配置された光学素子３２Ａの焦点距離ｆｏｕｔは、複数の光学素子３２の中で最も短くなる。また、光学素子３２Ａの主面３６Ａから結像面６０までの距離ＤＡは、ｆｏｕｔから２ｆｏｕｔまでの範囲となる。
【００６３】
本実施の形態では、複数の組７０を規則的に配列することで、立体表示装置１０の光学系の設計が容易化される。なお、光学系の設計例については後述する。
【００６４】
なお、部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、縮小結像のために光学素子３２と対応付けられるが、立体視用光学系４０を構成する各光学素子と対応付けられる必要はない。例えば、レンチキュラー方式では、レンチキュラーレンズの複数の凸部の各々に、視点数分の画像片が対応付けられる。部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、視点数分の画像片と対応していなくてもよい。縮小光学系３０の複数の光学素子３２間の間隔は、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部間の間隔よりも、かなり大きくしてもよい。
【００６５】
（立体表示装置の動作）
次に、上記の立体表示装置１０の動作について説明する。
まず、表示部２０の湾曲した表示面２４に、第１の視差画像２２を表示する。第１の視差画像２２は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆから構成されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、対応する複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの何れかにより縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが、同じ解像度で結像される。
【００６６】
第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。平面状の結像面６０には、第２の視差画像６２が結像される。縮小部分画像６４の解像度は、対応する部分画像２６の解像度よりも高い。また、第２の視差画像６２の面積は、第１の視差画像２２の面積よりも小さい。従って、第２の視差画像６２の解像度は、第１の視差画像２２の解像度よりも高い。立体視用光学系４０により、第２の視差画像６２が複数の視点５２から立体視される。
【００６７】
本実施の形態では、立体視に用いる第２の視差画像６２は、第１の視差画像２２よりも高解像度化されている。高解像度の第２の視差画像６２を用いて立体視を行うので、視点数が増加してもよく、視点数の増加により自然な立体感が実現される。
【００６８】
また、本実施の形態では、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆは、平面状の結像面６０に隙間なく結像される。複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像面６０に隙間なく配列することで、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが連続的に配列された第２の視差画像６２が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態では、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆの各々は、対応する光学素子３２が配置される位置に応じて当該光学素子３２の焦点距離ｆを設定することで、平面状の結像面６０に同じ解像度で結像される。なお、光学素子３２の配置位置や焦点距離ｆが複数の組７０間で異なることにより、第２の視差画像６２において画像歪みが生じる場合には、当該画像歪みを打ち消すように、第１の視差画像２２を予め補正しておいてもよい。
【００７０】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図６は本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図６に示すように、第２の実施の形態に係る立体表示装置１０Ｃは、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の焦点距離を一定にして配置を変更した以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
ここで、図６及び図７を参照して、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の各々に対応した光学配置について説明する。図７（Ａ）及び（Ｂ）は図６に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【００７２】
図６に示すように、複数の組７０の各々において、対応する縮小部分画像６４は平面状の結像面６０に結像される。本実施の形態では、複数の組７０の各々は、同じ焦点距離ｆを有する光学素子３２を有している。即ち、複数の光学素子３２の主面３６の各々は、同じ平面上にある。また、複数の組７０の各々では、同じ結像面６０に配列される縮小部分画像６４の解像度が略等しくなるように、組７０（即ち、組７０に含まれる光学素子３２）の配置位置が設定されている。
【００７３】
部分画像２６が配列される表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離は、複数の組７０間で異なるようになる。外側に配置される組７０では、内側に配置される組７０よりも、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離が短くなる。
【００７４】
例えば、図７（Ａ）に示すように、立体表示装置１０の中央部では、部分画像２６Ｄは、対応する光学素子３２Ｄにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ｄが平面状の結像面６０に結像される。光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから結像面６０までの距離をＤＤとし、光学素子３２Ｄの主面３６Ｄから表示面２４までの距離をＥＤとする。一方、立体表示装置１０の最も外側では、部分画像２６Ａは、対応する光学素子３２Ａにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ａが結像面６０に結像される。光学素子３２Ａの主面３６Ａから結像面６０までの距離をＤＡとし、光学素子３２Ａの主面３６Ａから表示面２４までの距離をＥＡとする。
【００７５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、中央部に配置された組７０の主面３６Ｄから表示面２４までの距離ＥＤは、最も外側に配置された組７０の主面３６Ａから表示面２４までの距離ＥＡよりも長い。また、中央部に配置された組７０の主面３６Ｄから結像面６０までの距離ＤＤは、最も外側に配置された組７０の主面３６Ａから結像面６０までの距離ＤＡと略同じ長さである。
【００７６】
光学素子３２Ｄと光学素子３２Ａの焦点距離は同じなので、厳密には、光学素子３２Ｄの結像倍率は光学素子３２Ａよりも小さくなる。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光学素子３２の配置位置により結像位置は異なるが、光学素子３２Ｄと光学素子３２Ａに共通する焦点深度内を結像面６０とすればよい。
【００７７】
本実施の形態では、焦点距離ｆが等しい複数の光学素子３２の各々について、中心からのずれに応じて光学素子３２の配置位置を設定することで、複数の縮小部分画像６４の各々が、平面状の結像面６０に高解像度で結像される。また、複数の縮小部分画像６４の各解像度は略等しい。
【００７８】
＜縮小光学系の設計例＞
次に、上記した立体表示装置の縮小光学系の設計例について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９は縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。ここでは説明を簡略化するために、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の個数と、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部の個数とが、同数であると仮定する。図８（Ａ）及び（Ｂ）、図９に示すように、横方向の断面図における各パラメータを以下の通り定義する。なお、中央で結像面６０に接する曲率中心５０周りの曲面を「仮想面６１」とする。
【００７９】
Ｌ１：湾曲した表示面２４の弧の長さ
Ｌ２：湾曲した仮想面６１の弧の長さ
Ｒ：曲率中心５０から表示面２４までの距離（曲率半径）
ｕ：曲率中心５０から仮想面６１までの距離（曲率半径）
ｔ：表示面２４から仮想面６１までの距離
ΔＲｎ：中央からｎ番目の縮小部分画像６４（結像面６０）と仮想面６１との光軸方向での距離
ｓｎ: 中央からｎ番目の表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離
ｓｉ：光学素子３２の主面３６から結像面６０までの距離
θ：表示面２４及び仮想面６１の拡がり角度（半角）
Δθ：隣接する組７０間の光軸の交差角度
ｄｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の直径（または、隣接する光学素子３２間の間隔を表す）
２Ｎ＋１：光学素子３２の個数（組７０の個数）
Ｍ：光学素子３２の結像倍率
ｆｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の焦点距離
ｈｎ：中央からｎ番目の縮小部分画像６４の横方向の幅
φｎ：中央からｎ番目の光学素子３２の結像面６０に対する傾き
Ｈ：部分画像２６の横方向の幅
【００８０】
上記パラメータは以下の関係を満たす。
Ｌ１＝２Ｒθ
Ｌ２＝２ｕθ
ｔ＝Ｒ−ｕ
ｈｎ＝ＭＲΔθ／ｃｏｓθ
φｎ≒ｎΔθ／２
Ｈ＝２Ｒθ／２Ｎ＋１
【００８１】
表示面２４及び仮想面６１の拡がり角度（半角）はθであり、拡がり角度（全角）は２θである。（２Ｎ＋１）個の組７０が、曲率中心５０を基点として±θの範囲に等間隔で放射線状に配置される。このとき、隣接する組７０間の光軸の交差角度Δθは、下記式（１）で表される。
【００８２】
【数１】
【００８３】
結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度を一定にしたい場合には、光学素子３２の結像倍率Ｍを一定にする。なお、光学素子３２の結像倍率Ｍの場合に、解像度はｍ倍（ｍ＝１／Ｍ）まで向上する。
【００８４】
上記の定義の下で、結像面６０を平面状とするための各種パラメータを導出する。複数の縮小部分画像６４は、平面状の結像面６０上に配列される。平面状の結像面６０上に配列するためには、複数の光学素子３２の各主面を結像面６０と略平行にする必要がある。
従って、外側に行くほど、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｎ」は短くなり、縮小部分画像６４（結像面６０）と仮想面６１との光軸方向での「距離ΔＲｎ」は長くなる。「距離ΔＲｎ」は、下記式（２）で与えられる。
【００８５】
【数２】
【００８６】
図８及び図９を参照すれば分かるように、光学素子３２の結像倍率Ｍは、下記式（３）で表される。
【００８７】
【数３】
【００８８】
結像倍率Ｍを一定にすると、中央からｎ番目の表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｎ」は、下記式（４）で表される。
【００８９】
【数４】
【００９０】
中央からｎ番目の光学素子３２による結像の関係は、下記式（５）及び（６）で表される。ここで、複数の光学素子３２の各主面は結像面６０と略平行であるが、中央からｎ番目の光学素子３２においては、その主面３６の結像面６０に対する「傾きφｎ」は設計上許容されるものとする。
【００９１】
【数５】
【００９２】
【数６】
【００９３】
また、中央からｎ番目の光学素子３２の「直径ｄｎ」は、下記式（７）で表される。なお、光学素子３２の「直径ｄｎ」は、隣接する光学素子３２間の間隔に相当する。
【００９４】
【数７】
【００９５】
以上の通り、本実施の形態では、種々のパラメータを設定することで、中央からｎ番目の光学素子３２の位置を表す「距離ｓｎ」、中央からｎ番目の光学素子３２の「直径ｄｎ」、中央からｎ番目の光学素子３２の結像特性を表す「焦点距離ｆｎ」等、結像面６０を平面状にするための条件が導出される。即ち、種々のパラメータを設定することで、目的に応じた縮小光学系３０が設計される。
【００９６】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第３の実施の形態に係る立体表示装置１０Ａは、入射した光を拡散させる拡散板８０を更に備える以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００９７】
拡散板８０は、結像面６０と立体視用光学系４０との間に配置されている。拡散板８０は、結像面６０の視点５２側に隣接して配置されるように、平面状の結像面６０に沿った平板状とされている。
【００９８】
レンズ等の光学素子では「Ｆ値」というパラメータが用いられる。Ｆ値は、レンズの焦点距離ｆを有効口径Φで割った値である（即ち、Ｆ＝ｆ／Φ）。Ｆ値は、レンズの明るさを表す指標として用いられる。Ｆ値が小さいほど結像面に集光できる光の量が多くなり、その時の集光角は大きくなる。
【００９９】
従って、縮小光学系３０の（各々のレンズの）Ｆ値が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）Ｆ値よりも小さいときに、結像面６０から発散する光線の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以上となり、良好な観察領域（いわゆる「視域」）や立体感が得られる。一方、結像面６０からの発散光の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以下であれば、レンズからの出射光の幅が小さいため、視域や立体感が低下する。
【０１００】
ところが、用途によっては、縮小光学系３０のＦ値が立体視用光学系４０のＦ値よりも大きくなるように設計する場合がある。この場合には、拡散板８０を備えることによって、レンズ４０の方向に発散する発散光の発散角が大きくなり、視域が拡大する。この通り、本実施の形態では、結像面６０と立体視用光学系４０との間に拡散板８０を配置することで、結像面６０に結像される第２の視差画像６２の各画素からの光を拡散させる。縮小光学系３０のＦ値が大きくても、視域が拡大する。
【０１０１】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１１に示すように、第４の実施の形態に係る立体表示装置１０Ｂは、互いに隣接する組７０の間に、遮光部材９０を配置した以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０２】
上述した通り、立体表示装置１０Ｂは、等間隔で放射線状に配置された複数の組７０を有している。互いに隣接する組７０の間には、光を遮断する遮光部材９０が各々配置されている。遮光部材９０は、互いに隣接する組７０間で光を遮断するように、結像面６０よりも表示部２０側に配置されている。例えば、遮光部材９０は、光軸方向においては、表示面２４から結像面６０まで遮光するように配置されている。なお、遮光部材９０は、表示面２４及び結像面６０の各々とは交差しないように配置されている。
【０１０３】
本実施の形態では、遮光部材９０により互いに隣接する組７０間で光が遮断され、組間でのクロストークが低減される。
【０１０４】
＜その他の変形例＞
次に、その他の変形例について説明する。
【０１０５】
（縮小光学系と立体視用光学系の一体化）
上記の実施の形態では、縮小光学系と立体視用光学系とを別々の部材として構成する例について説明したが、縮小光学系と立体視用光学系とを一体化された１つの光学部材として構成してもよい。図１２は縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である。図１２に示すように、この変形例では、縮小光学系部３０Ａと立体視用光学系部４０Ａとが一体化された光学部材１００が用いられる。
【０１０６】
結像面６０は、光学部材１００内に位置することになる。光学部材１００は、平面状の結像面６０に沿った平板状とされる。図１に示す立体表示装置１０、図６に示す立体表示装置１０Ｃ、図１０に示す立体表示装置１０Ａ、図１１に示す立体表示装置１０Ｂの各々において、縮小光学系３０と立体視用光学系４０とを配置する代わりに、光学部材１００が配置される。
【０１０７】
光学部材１００は、例えば、縮小光学系３０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズと、立体視用光学系４０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズとを、貼り合わせて作製してもよい。シート状のレンチキュラーレンズは、凸部が形成される一方の側が「表面」であり、他方の側が「裏面」である。２種類のシート状のレンチキュラーレンズは、互いの凸部が外側を向くように、裏面同士が接着される。また、光学部材１００は、射出成型等により一体成型してもよい。
【０１０８】
（表示面及び結像面の湾曲方向）
上記の実施の形態及び変形例では、表示面２４及び結像面６０の各々が視差画像の複数の画像片が並ぶ第１の方向（横方向）に湾曲している例について説明したが、これに限定される訳ではない。結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度が、表示面２４に表示される第１の視差画像２２の解像度よりも高くなればよい。例えば、表示面２４及び結像面６０の各々を第１の方向と交差する第２の方向（縦方向）に湾曲させてもよい。この場合は、縮小光学系３０の複数の光学素子３２も縦方向に沿って配列される。
【０１０９】
或いは、表示面２４及び結像面６０の各々を、横方向及び縦方向の両方に湾曲させてもよい。横方向及び縦方向の両方において、第２の視差画像６２の解像度が向上する。即ち、両方向に多視点化が図られる。この場合、表示面２４及び結像面６０の各々は球面となる。また、縮小光学系３０の複数の光学素子３２は、横方向及び縦方向に沿って二次元状に配列される。複数の光学素子３２が二次元状に配列された縮小光学系３０としては、フライアイレンズ等のレンズアレイが用いられる。レンズアレイとしては、セルフォックレンズ等のロッドレンズを束ねたレンズアレイを用いてもよい。
【０１１０】
（平面状の表示面）
上記の実施の形態及び変形例では、表示面２４が湾曲している例について説明したが、上述した通り、表示面２４を平面状としてもよい。図１３は平面状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１３に示すように、表示部２０は平面状の表示面２４を備えている。また、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の各主面３６は、同じ平面上にある。
【０１１１】
表示面２４には、短冊状の複数の部分画像２６に区分された第１の視差画像２２が表示される。短冊状の複数の部分画像２６は、横方向に並べられている。複数の部分画像２６の各々は、対応する複数の光学素子３２により縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６に対応して、複数の縮小部分画像６４が同じ解像度で結像される。これにより、結像面６０には、第２の視差画像６２が表示される。
【０１１２】
この例では、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｏ」及び光学素子３２の主面３６から結像面６０までの「距離ｓｉ」の各々は一定である。従って、下記式（Ａ）に示すように、結像倍率Ｍも一定となる。なお、「距離ｓｏ」は、図８の「距離ｓｎ」に相当する。ここで、「Ｈ」は部分画像２６の横方向の幅を表し、「ｈ」は縮小部分画像６４の横方向の幅を表す。
【０１１３】
【数８】
【０１１４】
下記式（Ｂ）で表される結像式に基づいて、上記結像倍率Ｍが得られるように、光学素子３２の焦点距離ｆを求める。
【０１１５】
【数９】
【０１１６】
このとき、隣接する光学素子３２間の「間隔ｄ」は、結像面６０から曲率中心５０までの距離を「ｕ」として、下記式（Ｃ）で与えられる。
【０１１７】
【数１０】
【０１１８】
以上の通り、表示面２４を平面状としてもよい。表示面２４を平面状とすることで、表示部２０が平板状に形成される。例えば、表示部２０を画像が印刷されたシート状の画像保持部材とする場合には、画像保持部材を湾曲させなくて済む。なお、第４の実施の形態と同様に、クロストークを低減するために、互いに隣接する組７０の間に遮光部材９０を配置してもよい。
【０１１９】
（階段状の表示面）
また、表示面２４を階段状としてもよい。図１４は階段状の表示面を備える立体表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１４に示すように、表示部２０は階段状の表示面２４を備えている。また、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２の各主面３６は、結像面６０に略平行とされている。
【０１２０】
表示面２４には、短冊状の複数の部分画像２６に区分された第１の視差画像２２が表示される。短冊状の複数の部分画像２６は、階段状の表示面２４の各踊り場に割り当てられて、横方向に並べられている。複数の部分画像２６の各々は、対応する複数の光学素子３２により縮小結像される。平面状の結像面６０には、複数の部分画像２６に対応して、複数の縮小部分画像６４が同じ解像度で結像される。これにより、結像面６０には、第２の視差画像６２が表示される。
【０１２１】
この例では、表示面２４と結像面６０との距離ｔは外側ほど大きくなるので、表示面２４から光学素子３２の主面３６までの「距離ｓｏ」及び光学素子３２の主面３６から結像面６０までの「距離ｓｉ」の各々が変化する。段差を「Δｓｏ」とすると、隣接する組間での「距離ｓｏ及び距離ｓｉ」と「距離ｓｏ´及び距離ｓｉ´」との関係は、下記式（Ｄ）で表される。
【０１２２】
【数１１】
【０１２３】
従って、下記式（Ｅ）に示すように、「距離ｓｏ」と「距離ｓｉ」との比を一定とすることで、結像倍率Ｍも一定となる。
【０１２４】
【数１２】
【０１２５】
表示面２４と結像面６０との距離ｔ（＝ｓｏ＋ｓｉ）が変化しても、下記式（Ｆ）で表される結像式に基づいて、上記結像倍率Ｍが得られるように、光学素子３２の焦点距離ｆ´を求める。
【０１２６】
【数１３】
【０１２７】
このとき、隣接する光学素子３２間の「間隔ｄ」は、結像面６０から曲率中心５０までの距離を「ｕ」として、下記式（Ｇ）で与えられる。
【０１２８】
【数１４】
【０１２９】
上記の例では、表示面２４を階段状とすることで、表示面２４を平面状とした場合と比較すると、表示面２４、ひいては表示部２０の横方向のサイズが小さくなる。なお、縮小部分画像６４の横方向の「幅ｈ」を一定とすると、部分画像２６の横方向の「幅Ｈ」は、外側ほど狭くなる。また、第４の実施の形態と同様に、クロストークを低減するために、互いに隣接する組７０の間に遮光部材９０を配置してもよい。
【０１３０】
なお、図１４に示す例において、複数の部分画像２６の解像度を外側ほど高くしてもよい。部分画像２６の解像度を外側ほど高くすることで、縮小光学系３０を構成する複数の光学素子３２は、各主面３６が同じ平面上に配置されるようになる。
【０１３１】
また、上記各実施形態で説明した立体表示装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 右眼用画像
１Ａ〜１Ｆ 画像片
２ 左眼用画像
２Ａ〜２Ｆ 画像片
３ 視差画像
４ レンチキュラーレンズ
４Ａ〜４Ｆ 凸部
５ 右側視点
６ 左側視点
７ 視差バリア
７Ａ〜７Ｆ 開口部
１０ 立体表示装置
１０Ａ 立体表示装置
１０Ｂ 立体表示装置
２０ 表示部
２２ 視差画像
２４ 表示面
２６ 部分画像
３０ 縮小光学系
３２ 光学素子
３４ レンズアレイ
３６ 主面
４０ 立体視用光学系
５０ 曲率中心
５２ 視点
６０ 結像面
６２ 視差画像
６４ 縮小部分画像
７０ 組
８０ 拡散板
９０ 遮光部材
１００ 光学部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、
複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、
前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、
を備えた立体表示装置。
【請求項２】
前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記表示面が、第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面であり、
前記縮小光学系を構成する前記複数の光学素子が前記表示面の湾曲方向に配列された、
請求項１または２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子の焦点距離が設定された、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子が予め定めた位置に配置された、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記立体視用光学系は、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項３から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記縮小光学系が、複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１３】
前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項１２に記載の立体表示装置。
【請求項１４】
前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、前記縮小光学系を複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項３から請求項１３までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１５】
前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１４に記載の立体表示装置。
【請求項１】
表示面に第１の視差画像を表示する表示部と、
複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さい平面状の結像面に第２の視差画像を結像する縮小光学系と、
前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、
を備えた立体表示装置。
【請求項２】
前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記表示面が、第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面であり、
前記縮小光学系を構成する前記複数の光学素子が前記表示面の湾曲方向に配列された、
請求項１または２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子の焦点距離が設定された、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記複数の組において、前記結像面に配列される各組の縮小部分画像の解像度が等しくなるように、各組の光学素子が予め定めた位置に配置された、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記立体視用光学系は、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項３から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記縮小光学系が、複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１３】
前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項１２に記載の立体表示装置。
【請求項１４】
前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、前記縮小光学系を複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項３から請求項１３までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１５】
前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１４に記載の立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−６８６８３（Ｐ２０１３−６８６８３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５３８８（Ｐ２０１１−２０５３８８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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