JP2017078776A - 立体像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度を高めたインテグラル立体方式による立体像を表示する立体像表示装置を提供する。【解決手段】立体像表示装置１は、透過型の空間光変調器で構成された表示パネル２と、表示する要素画像を背面から照射する複数の点光源Ｌで構成された点光源パネル３と、第１要素画像群ｅ１と当該第１要素画像群を構成する複数の要素画像とは視点位置の異なる複数の要素画像で構成された第２要素画像群ｅ２とを、所定時間で切り換えて表示パネル２に表示するとともに、第１要素画像群の表示時に当該第１要素画像群を構成する要素画像の位置に対応する第１点光源群Ｌ１のみを点灯し、第２要素画像群の表示時に当該第２要素画像群を構成する要素画像の位置に対応する第２点光源群Ｌ２のみを点灯するように点光源パネル３の点光源の点灯と消灯の切り替えを行う表示制御手段４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、インテグラル立体方式により立体像を表示する立体像表示装置に関する。

一般に、任意の視点から立体像を視認することが可能な立体像表示方式の一つとして、インテグラルフォトグラフィ（Integral Photography）と呼ばれる立体写真技術の原理に基づいた方式（インテグラル立体方式）が知られている（特許文献１等参照）。このインテグラル立体方式は、例えば、ディスプレイの観察者側にレンズアレイまたはピンホールアレイを配置し、ディスプレイ面に視点位置の異なる複数の要素画像を表示することで立体像を表示する。
しかし、特許文献１に記載の手法のように、ディスプレイの観察者側にレンズアレイを配置する構成では、レンズアレイの表面形状、反射特性等の影響を受けやすく、立体像の画質が低下してしまう。

一方、インテグラル立体方式の他の手法として、レンズアレイを介さずに、ディスプレイを直接観察者に視認させる手法が存在する（非特許文献１参照）。図１５に示すように、非特許文献１に記載の立体像表示装置１００は、透過型のディスプレイ（液晶パネル）１０１の背面にピンホールアレイ１０２と、その背面にさらに、バックライトユニット１０３を備える構成としている。
そして、立体像表示装置１００は、ディスプレイ１０１に複数の要素画像を表示し、バックライトユニット１０３から照射される光を、ピンホールアレイ１０２を介して点光源の光として、ディスプレイ１０１の背面から照射することで観察者Ｍに立体像Ｔを視認させる。
しかし、特許文献１、非特許文献１に記載の手法のように、ピンホールアレイを用いる手法は、利用できる光量が少なくなるため、表示される立体像が暗くなってしまう。

これに対し、ピンホールアレイを用いずに、点光源をバックライトとして使用する手法が存在する（非特許文献２参照）。図１６に示すように、非特許文献２に記載の立体像表示装置２００は、透過型のディスプレイ（液晶パネル）２０１の背面にレンズアレイ２０２と、その背面にさらに、ＬＥＤアレイ２０３を備える構成としている。
そして、立体像表示装置２００は、ディスプレイ２０１に複数の要素画像を表示し、ＬＥＤアレイ２０３から照射される光を、レンズアレイ２０２によって集光して点光源（点光源アレイ）とし、ディスプレイ２０１の背面から照射することで観察者Ｍに立体像Ｔを視認させる。
これによって、非特許文献２に記載の手法は、ピンホールアレイを用いず、かつ、レンズアレイよりも前面にディスプレイを配置することで、利用できる光量の低下を抑えるとともに、表示する立体像の画質低下を抑えることができる。

特開２００２−２２８９７４号公報

H Choi, SW Cho, J Kim, B Lee, "A thin 3D-2D convertible integral imaging system using a pinhole array on a polarizer", OPTICS EXPRESS, vol.14, No.12, pp.5183-5190, June 12, 2006. SW Cho, JH Park, Y Kim, H Choi, J Kim, B 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.

しかし、特許文献１や非特許文献１に記載のレンズアレイやピンホールアレイを用いた手法は、前記した問題に加え、立体像の解像度がレンズやピンホールの数と同じになるため、表示する立体像の解像度を高くすることができないという問題がある。これは、レンズの物理的な大きさの制限や光の回折によるピンホール径の制限によるものである。
また、非特許文献２に記載の手法（特許文献１，非特許文献１も同様）は、ディスプレイとなる液晶パネルの解像度により要素画像の数が制限されるため、立体像の解像度を高くすることができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、点光源アレイを使用したインテグラル立体方式において、従来よりも立体像の解像度を高めることが可能な立体像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、本発明に係る立体像表示装置は、インテグラル立体方式により立体像を表示する立体像表示装置であって、透過型の空間光変調器で構成された表示手段と、表示手段に表示する複数の要素画像群の予め定めた個々の要素画像を背面から照射する位置に配置された複数の点光源で構成された照明手段と、要素画像の表示手段への表示と照明手段における点光源の点灯とを同期して行う表示制御手段と、を備え、表示制御手段は、要素画像切り替え手段と、点光源切り替え手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、立体像表示装置は、要素画像切り替え手段によって、異なる視点位置の複数の要素画像で構成された要素画像群と、その複数の要素画像とはさらに異なる視点位置の要素画像で構成された要素画像群とを、所定時間で切り換えて表示手段に表示することで、異なる視点位置の立体像を表示する要素画像群を時分割で表示することができる。

また、立体像表示装置は、点光源切り替え手段によって、表示対象の要素画像群に含まれる要素画像に対応する点光源のみを点灯するように、表示手段における要素画像群の表示と同期して、照明手段における点灯対象の点光源の点灯と他の点光源の消灯との切り替えを行うことで、表示手段に対して、表示対象となる要素画像群の個々の要素画像の領域を照射することができる。

これによって、立体像表示装置は、表示手段における表示位置が異なる要素画像群の表示切り替えと、その要素画像群の表示に対応して、各要素画像を点光源により点灯する動作を時分割で繰り返すことで、表示手段において、単位時間あたりに、より多くの要素画像を表示することができる。

なお、本発明に係る立体像表示装置は、表示手段を反射型の空間光変調器とし、点光源の光路上の表示手段と照明手段との間に、点光源の光を表示手段に反射し、表示手段の空間光変調器の反射光を透過する偏光ビームスプリッタを備える構成としてもよい。

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、視点位置の異なる複数の要素画像群を時分割で切り替えて表示するため、要素画像の数が表示手段の画素数により制限されず、要素画像同士を一部重複した位置に表示することができる。
これによって、本発明は、点光源アレイを使用したインテグラル立体方式において、表示手段が従来と同一の画素数であっても、要素画像の数を増やして表示することができ、立体像の解像度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置の外観を、一部内部を拡大表示して示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置の表示制御手段の構成を示すブロック構成図である。 本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置の第１要素画像群および第２要素画像群の表示タイミングと、第１点光源群および第２点光源群の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである。 第１要素画像群および第２要素画像群の生成例を説明するための図であって、（ａ）は従来の立体像撮像装置の構成を示す図、（ｂ）は立体像撮像装置で撮像された要素画像から第１要素画像群および第２要素画像群を抽出する例、（ｃ）は立体像撮像装置で撮像された要素画像を第１要素画像群とし、第１要素画像群から第２要素画像群を生成する例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置の動作を説明するための図であって、（ａ）は第１要素画像群の表示時、（ｂ）は第２要素画像群の表示時を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る立体像表示装置の表示パネルの構成を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る立体像表示装置の表示パネルの構成を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る立体像表示装置の点光源パネルの構成を説明するための図である。 本発明の第５実施形態に係る立体像表示装置の点光源パネルの構成を説明するための図である。 本発明の第４，第５実施形態に係る立体像表示装置の表示制御手段の構成を示すブロック構成図である。 本発明の第４実施形態に係る立体像表示装置の第１要素画像群および第２要素画像群の表示タイミングと、第１点光源群および第２点光源群の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである。 本発明の変形例１に係る開口アレイを備えた立体像表示装置の構成を示す図である。 開口アレイの作用を説明するための図であって、（ａ）は透過率分布を持たない（１００％透過）の開口部の例、（ｂ）は透過率分布を持つ開口部の例を示す図である。 本発明の変形例２に係る反射型の立体像表示装置の光路を示す図であって、（ａ）は第１要素画像群の表示時、（ｂ）は第２要素画像群の表示時を示す図である。 レンズアレイを用いない従来の立体像表示装置の構成を模式的に示す図である。 レンズアレイを用いて点光源により立体像を表示する従来の立体像表示装置の構成を模式的に示す図である。

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。
〔立体像表示装置の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置１の構成について説明する。

立体像表示装置１は、インテグラル立体方式により、観察者Ｍに立体像Ｔを視認させるものである。この立体像表示装置１は、表示パネル２と、点光源パネル３と、表示制御手段４と、を備える。

表示パネル（表示手段）２は、インテグラル立体方式における複数の要素画像ｅ（要素画像群）を表示するものである。ここでは、表示パネル２は、背面透過型ディスプレイとする。この表示パネル２は、透過型の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）で構成することができる。
この表示パネル２には、表示制御手段４によって、複数の要素画像ｅからなる要素画像群が表示される。このとき、表示パネル２には、時分割で、異なる要素画像群（図１中、実線で示した第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…、図１中、点線で示した第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…）が順次表示される。ここでは、要素画像ｅは、単色画像、例えば、白黒画像とする。

この第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…、および、第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…は、すべて視点位置が異なる同じ大きさの要素画像である。ここでは、正方配列の第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…に対して、水平および垂直に要素画像ｅの大きさの１／２だけずらして、正方配列の第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…を表示する例で説明する。すなわち、ここでは、第２要素画像群を構成する要素画像ｅ_２は、周辺の第１要素画像群の要素画像ｅ_１の視点位置に対して、水平および垂直で中間の視点位置となっている。
なお、要素画像ｅの配列は、正方配列に限定されず、任意の配列（例えば、俵積み配列等）であればよい。また、要素画像の形状は、矩形である必要はなく、円等であっても構わない。

点光源パネル（照明手段）３は、表示パネル２の背面に配置され、表示パネル２を照射するもの（バックライト）である。この点光源パネル３は、複数の点光源Ｌ（点光源群）で構成される。個々の点光源Ｌは、高輝度で微細な光源であって、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）光源等である。ここでは、点光源Ｌは、単色光を発光する光源、例えば、白色光を発光する白色点光源とする。なお、点光源Ｌの光は表示パネル２のＳＬＭで変調されるため、点光源Ｌは、例えば、偏光フィルム等によって、ＳＬＭに対応して偏光方向が揃えられた光（例えば、Ｓ偏光）を発光するものとする。

この点光源パネル３の個々の点光源Ｌは、表示パネル２に表示されるインテグラル立体方式における要素画像ｅの表示位置に対向する位置に配置されている。
また、個々の点光源Ｌは、点灯タイミングの異なる第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…と、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…とに区分され、表示制御手段４の制御によって、交互に時分割で点灯される。なお、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…は、共通の電源ライン（不図示）に接続され、表示制御手段４の制御によって一度にＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…は、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…とは異なる共通の電源ライン（不図示）に接続され、表示制御手段４の制御によって一度にＯＮ／ＯＦＦが制御される。

表示制御手段４は、要素画像の表示パネル２への表示と点光源パネル３における点光源の点灯とを同期して行うものである。
ここで、図２を参照（適宜図１参照）して、表示制御手段４の詳細な構成について説明する。
図２に示すように、表示制御手段４は、切り替え信号生成手段４０と、要素画像切り替え手段４１と、点光源切り替え手段４２と、を備える。

切り替え信号生成手段４０は、所定時間を計時し、要素画像群の表示切り替え、および、点光源群の点光切り替えを行う切り替え信号を生成するものである。
ここでは、切り替え信号生成手段４０は、要素画像切り替え信号生成手段４０１と、点光源切り替え信号生成手段４０２と、を備える。

要素画像切り替え信号生成手段４０１は、第１要素画像群および第２要素画像群の表示を所定時間で切り替えるタイミングを示す要素画像切り替え信号を生成するものである。
この要素画像切り替え信号生成手段４０１は、図示を省略したタイマによって所定時間を計時し、要素画像切り替え信号を生成する。
ここでは、要素画像切り替え信号生成手段４０１は、図３に示すように、予め定めたフレームＦの時間内で、第１要素画像群と第２要素画像群とを切り替えて表示する要素画像切り替え信号を生成する。
この要素画像切り替え信号生成手段４０１は、生成した要素画像切り替え信号を要素画像切り替え手段４１に出力する。
なお、要素画像切り替え信号生成手段４０１が計時する所定時間（周期）は、要素画像群を切り替える際に、観察者Ｍにフリッカを視認させない程度のフレームレート（３０ｆｐｓ以上）となる１／６０秒以下が望ましい。

点光源切り替え信号生成手段４０２は、第１点光源群および第２点光源群の点灯と消灯とを所定時間で切り替えるタイミングを示す点光源切り替え信号を生成するものである。
この点光源切り替え信号生成手段４０２は、図示を省略したタイマによって所定時間を計時し、点光源切り替え信号を生成する。
ここでは、点光源切り替え信号生成手段４０２は、図３に示すように、予め定めたフレームＦの時間内で、第１点光源群と第２点光源群とを交互に点灯する点光源切り替え信号を生成する。
この点光源切り替え信号生成手段４０２は、生成した点光源切り替え信号を点光源切り替え手段４２に出力する。

なお、点光源切り替え信号生成手段４０２は、要素画像切り替え信号生成手段４０１との間で同期をとり、第１要素画像群の表示タイミングと第１点光源群の点灯タイミングとを合わせている。また、点光源切り替え信号生成手段４０２は、同様に、第２要素画像群の表示タイミングと第２点光源群の点灯タイミングとを合わせている。

要素画像切り替え手段４１は、異なる視点位置の複数の要素画像で構成された要素画像群と、その複数の要素画像とはさらに異なる視点位置の要素画像で構成された要素画像群とを、所定時間で切り換えて表示パネル２に表示するものである。

ここでは、要素画像切り替え手段４１は、２つの要素画像群として、第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…と、第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…とを所定時間で切り替えて表示パネル２に表示する。このとき、要素画像切り替え手段４１は、切り替え信号生成手段４０から入力される要素画像切り替え信号に同期して、第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…の表示と、第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，の表示とを順次繰り返す。これによって、表示パネル２には、第１要素画像群と第２要素画像群とが、一定周期で交互に表示されることになる。

なお、ここでは、要素画像切り替え手段４１は、図示を省略した記録媒体、伝送経路等から要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）を入力する。もちろん、表示制御手段４にハードディスク等の記憶装置を備え、予めその記憶装置に記憶されている要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）を読み出すこととしてもよい。

ここで、図４を参照して、立体像表示装置１で表示する要素画像群について説明する。
この要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）には、一般的なインテグラル立体方式の立体像撮像装置を用いて撮像された要素画像群から生成したものを用いることができる。
例えば、図４（ａ）に示すように、まず、従来の立体像撮像装置３００によって、レンズアレイＬａを介して被写体Ｏを撮像面Ｄに撮像することで、要素画像群（撮像要素画像群Ｅ）を取得する。

そして、立体像撮像装置３００の画面解像度が、立体像表示装置１の画面解像度よりも大きい場合、撮像要素画像群Ｅから、異なる視点位置の要素画像を抽出することで、第１要素画像群Ｅ_１および第２要素画像群Ｅ_２を生成することができる。
例えば、図４（ｂ）に示すように、撮像要素画像群Ｅの水平方向および垂直方向の１要素画像ごと離れた要素画像（図中、右上がり対角線パターン）を、第１要素画像群Ｅ_１の要素画像として抽出する。また、撮像要素画像群Ｅの抽出した４つの要素画像の中間に位置する要素画像（図中、右下がり対角線パターン）を、第２要素画像群Ｅ_２の要素画像として抽出する。

また、立体像撮像装置３００の画面解像度が、立体像表示装置１の画面解像度と同等である場合、撮像要素画像群Ｅから、第１要素画像群Ｅ_１および第２要素画像群Ｅ_２を生成することができる。
例えば、図４（ｃ）に示すように、第１要素画像群Ｅ_１は、撮像要素画像群Ｅをそのまま用いる。また、第２要素画像群Ｅ_２は、撮像要素画像群Ｅの隣接する４つの要素画像（例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の中間画像として補間、平均等により生成する。ただし、第２要素画像群Ｅ_２の端部においては、第１要素画像群Ｅ_１の要素画像から外挿により求める場合もある。
これによって、第２要素画像群Ｅ_２の各要素画像は、第１要素画像群Ｅ_１の要素画像に対して、水平方向および垂直方向における中間の視点位置の要素画像となる。
図２に戻って、表示制御手段４の構成について説明を続ける。

点光源切り替え手段４２は、表示対象の要素画像群に含まれる要素画像に対応する点光源のみを点灯するように、要素画像群の表示と同期して、点灯対象の点光源の点灯と他の点光源の消灯との切り替えを行うものである。

ここでは、点光源切り替え手段４２は、点光源パネル３において、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…と、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…とを所定時間で切り替えて点灯する。このとき、点光源切り替え手段４２は、切り替え信号生成手段４０から入力される点光源切り替え信号に同期して、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を点灯するとともに、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を消灯し、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を点灯するとともに、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を消灯する処理を順次繰り返す。

なお、点光源切り替え手段４２は、点光線群を点灯する場合、外部電源（不図示）から入力される電流を点光源群ごとの電源ラインに供給し、点光線群を消灯する場合、電流の電源ラインへの供給を停止すればよい。
これによって、点光源パネル３では、第１点光源群の点灯と消灯、第２点光源群の消灯と点灯が、一定周期で切り替えられることになる。

このように、表示制御手段４は、要素画像切り替え手段４１による要素画像群の切り替えと、点光源切り替え手段４２による点光線群の切り替えとを、時分割して行うことができる。

以上説明したように立体像表示装置１（図１）を構成することで、１つの点光源に対応する要素画像の画素数を変えずに、時分割で点灯する点光源の位置と、要素画像の表示位置とを切り替えることで、表示パネル２上における表示位置の異なる要素画像の数を増やすことができる。

なお、点光源の数は、立体像の解像度に相当し、１つの点光源に対応する要素画像の画素数が多いほど、奥行き再現性が高く、視域角の広い立体像として観察者に視認させることができる。すなわち、立体像表示装置１は、表示パネル２の画素数が従来と同じであっても、要素画像の数を増やすことができるため、奥行き再現性や視域角を維持したまま、立体像の解像度を高めることができる。

また、ここでは、水平および垂直に要素画像ｅの大きさの１／２だけずらした２つの要素画像群で説明しているが、１／３、１／４等や、任意の位置にずらしてもよく、また、３以上の要素画像群に分けて切り替えてもよい。その場合、点光源パネル３には、表示可能なすべての要素画像に対応する位置に予め点光源が備えられていることとする。

〔立体像表示装置の動作〕
次に、図５を参照（適宜図１，図２参照）して、本発明の第１実施形態に係る立体像表示装置１の動作について説明する。

立体像表示装置１は、表示制御手段４の切り替え信号生成手段４０によって、逐次、一定周期で要素画像群の表示を切り替えるための切り替え信号を生成する。
ここでは、切り替え信号生成手段４０の要素画像切り替え信号生成手段４０１と点光源切り替え信号生成手段４０２とが、同期をとり、要素画像切り替え信号と点光源切り替え信号とを生成する。

そして、立体像表示装置１は、表示制御手段４の要素画像切り替え手段４１によって、要素画像切り替え信号の第１要素画像群を表示するタイミングで、図５（ａ）の（ａ−１）に示すように、表示パネル２に点光源Ｌの第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…の位置に対向する位置に要素画像ｅ（第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…）を表示する。

さらに、立体像表示装置１は、表示制御手段４の点光源切り替え手段４２によって、点光源切り替え信号の第１点光源を点灯するタイミングで、図５（ａ）の（ａ−１）に示すように、点光源パネル３の点光源Ｌのうちで、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を点灯し、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を消灯する。
これによって、図５（ａ）の（ａ−２）に示すように、表示パネル２において、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…が点灯されている時間内に、第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…が表示されることになる。

そして、立体像表示装置１は、表示制御手段４の要素画像切り替え手段４１によって、要素画像切り替え信号の第２要素画像群を表示するタイミングで、図５（ｂ）の（ｂ−１）に示すように、表示パネル２に点光源Ｌの第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…の位置に対向する位置に要素画像ｅ（第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…）を表示する。

さらに、立体像表示装置１は、表示制御手段４の点光源切り替え手段４２によって、点光源切り替え信号の第２点光源を点灯するタイミングで、図５（ｂ）の（ｂ−１）に示すように、点光源パネル３の点光源Ｌのうちで、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を点灯し、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を消灯する。
これによって、図５（ｂ）の（ｂ−２）に示すように、表示パネル２において、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…が点灯されている時間内に、第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…が表示されることになる。

立体像表示装置１は、以上の動作を順次繰り返すことで、要素画像の表示領域が一部重なった異なる視点位置の要素画像群を、時分割で切り替えて表示することができる。
なお、ここでは、立体像表示装置１は、表示パネル２に表示する要素画像ｅを単色画像（白黒画像）、点光源パネル３の点光源Ｌを単色光（白色光）光源とし、単色の立体像を表示する構成であった。
しかし、立体像表示装置１は、カラーの立体像を表示することも可能である。以下、立体像表示装置１のカラー化について説明する。

〔立体像表示装置のカラー化（その１）〕
まず、図６を参照（適宜図１，図２参照）して、立体像をカラー表示する本発明の第２実施形態である立体像表示装置１Ｂについて説明する。

図６に示した立体像表示装置１Ｂは、立体像表示装置１の表示パネル２を、表示パネル２Ｂに替えて構成している。すなわち、立体像表示装置１Ｂは、表示パネル２Ｂと、点光源パネル３と、表示制御手段４と、を備える。なお、図６では、表示制御手段４の記載を省略し、図１に比べ、要素画像ｅを拡大して表している。

表示パネル（表示手段）２Ｂは、表示パネル２と同様、背面透過型ディスプレイである。この表示パネル２Ｂは、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のカラーフィルタを備えた３つのサブピクセルｓｐを１つの画素ｇとして構成された空間光変調器（ＳＬＭ）である。

この表示パネル２Ｂには、表示パネル２と同様、表示制御手段４（図２）によって、複数の要素画像ｅからなる要素画像群が表示される。このとき、表示パネル２Ｂには、時分割で、異なる視点位置の要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）が順次表示される。また、第１要素画像群および第２要素画像群は、それぞれ画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂの各階調を有するカラーの要素画像ｅで構成された画像群である。
なお、点光源パネル３および表示制御手段４は、図１および図２で説明した立体像表示装置１と同じものであるため、説明を省略する。
これによって、立体像表示装置１Ｂは、立体像表示装置１と同様の効果を奏するとともに、立体像をカラーで表示することができる。

なお、図６では、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブピクセルを１画素とする画素構造を有した表示パネル２Ｂを用いたが、図７に示すように、Ｇを斜め方向のＧ１（第１緑色）、Ｇ２（第２緑色）としたＲ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂのサブピクセルを１画素とする画素構造を有した表示パネル２Ｃを用いた立体像表示装置１Ｃ（本発明の第３実施形態）として構成してもよい。
このとき、要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）は、表示パネル２Ｃに対応したＲ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂのカラーの要素画像ｅとすればよい。

このＲ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂの各色で画素を構成する手法は、一般的にデュアルグリーン方式と呼ばれている。このデュアルグリーン方式は、光の３原色の中で視覚の解像度に最も寄与している緑色を、ＲおよびＢに対して斜め方向に半画素ずらして配置することで、視覚的に解像度を高める方式である。
これによって、立体像表示装置１Ｃは、立体像表示装置１Ｂと同様の効果を奏するとともに、視覚的に解像度を向上させた立体像を表示することができるため、立体像の奥行き再現性をさらに高めることができる。

〔立体像表示装置のカラー化（その２）〕
次に、図８を参照（適宜図１，図２参照）して、立体像をカラー表示する本発明の第４実施形態である立体像表示装置１Ｄについて説明する。

図８に示した立体像表示装置１Ｄは、立体像表示装置１の点光源パネル３を、点光源パネル３Ｂに替えて構成している。すなわち、立体像表示装置１Ｄは、表示パネル２と、点光源パネル３Ｂと、表示制御手段４Ｂ（図１０参照）と、を備える。なお、図８では、表示制御手段４Ｂの記載を省略し、図１に比べ、要素画像ｅを拡大して表している。
表示パネル２は、図１で説明した立体像表示装置１と同じものであるため、説明を省略する。すなわち、この実施形態では、表示パネル２の空間光変調器（ＳＬＭ）には、カラーフィルタを備える必要はない。

点光源パネル（照明手段）３Ｂは、点光源パネル３と同様、表示パネル２の背面に配置され、表示パネル２を照射するバックライトである。この点光源パネル３Ｂは、複数の点光源Ｌ（点光源群）で構成される。個々の点光源Ｌは、高輝度で微細な光源であって、例えば、発光ダイオード、エレクトロルミネセンス光源等である。ここでは、点光源Ｌは、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を発光する点光源の組で構成されたカラー点光源Ｌｃである。

個々のカラー点光源Ｌｃは、点灯タイミングの異なる第１点光源群（第１カラー点光源群Ｌｃ_１，Ｌｃ_１，…）と、第２点光源群（第２カラー点光源群Ｌｃ_２，Ｌｃ_２，…）とに区分され、表示制御手段４Ｂの制御によって、交互に時分割で点灯される。
さらに、第１カラー点光源群の個々のカラー点光源Ｌｃ_１を構成するＲＧＢの各色の光源は、表示制御手段４Ｂの制御によって、第１カラー点光源群が点灯される発光時間において、当該発光時間を３分割した時間で、順次、点灯される。

同様に、第２カラー点光源群の個々のカラー点光源Ｌｃ_２を構成するＲＧＢの各色の光源は、表示制御手段４Ｂの制御によって、第２カラー点光源群が点灯される発光時間において、当該発光時間を３分割した時間で、順次、点灯される。

なお、第１カラー点光源群Ｌｃ_１，Ｌｃ_１，…は、色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに共通の電源ライン（不図示）に接続され、表示制御手段４Ｂの制御によって一度にＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、第２カラー点光源群Ｌｃ_２，Ｌｃ_２，…は、色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに共通の電源ライン（不図示）であって、第１カラー点光源群Ｌｃ_１，Ｌｃ_１，…の電源ラインとは異なる電源ラインに接続され、表示制御手段４Ｂの制御によって一度にＯＮ／ＯＦが制御される。

表示制御手段４Ｂは、要素画像の表示パネル２への表示と点光源パネル３Ｂにおける点光源の点灯とを同期して行うものである。
ここで、図１０を参照（適宜図１参照）して、表示制御手段４Ｂの構成について説明する。
図１０に示すように、表示制御手段４Ｂは、切り替え信号生成手段４０Ｂと、要素画像切り替え手段４１Ｂと、点光源切り替え手段４２Ｂと、を備える。

切り替え信号生成手段４０Ｂは、所定時間を計時し、要素画像群の表示切り替え、および、点光源群の点光切り替えを行う切り替え信号を生成するものである。
ここでは、切り替え信号生成手段４０Ｂは、要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂと、点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂと、を備える。

要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂは、第１要素画像群および第２要素画像群の表示を所定時間で切り替えるタイミングを示す要素画像切り替え信号を生成するものである。
この要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂは、図示を省略したタイマによって所定時間を計時し、要素画像切り替え信号を生成する。

ここでは、要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂは、図１１に示すように、予め定めたフレームＦの時間内で、第１要素画像群と第２要素画像群とを交互に表示する要素画像切り替え信号を生成する。このとき、要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂは、図１１に示すように、第１要素画像群を表示する時間区間をさらに３等分し、Ｒ用の要素画像群を表示する区間（Ｒ表示）と、Ｇ用の要素画像群を表示する区間（Ｇ表示）と、Ｂ用の要素画像群を表示する区間（Ｂ表示）とを示す要素画像切り替え信号を生成する。
この要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂは、生成した要素画像切り替え信号を要素画像切り替え手段４１Ｂに出力する。

点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、第１点光源群および第２点光源群の点灯と消灯とを所定時間で切り替えるタイミングを示す点光源切り替え信号を生成するものである。
この点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、図示を省略したタイマによって所定時間を計時し、点光源切り替え信号を生成する。

ここでは、点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、図１１に示すように、予め定めたフレームＦの時間内で、第１点光源群と第２点光源群とを交互に点灯する点光源切り替え信号を生成する。このとき、点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、図１１に示すように、第１点光源群を点灯する時間区間をさらに３等分し、Ｒ用の点光源群を表示する区間（Ｒ点灯）と、Ｇ用の点光源群を点灯する区間（Ｇ点灯）と、Ｂ用の点光源群を点灯する区間（Ｂ点灯）とを示す点光源切り替え信号を生成する。
この点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、生成した点光源切り替え信号を点光源切り替え手段４２Ｂに出力する。

なお、点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、要素画像切り替え信号生成手段４０１Ｂとの間で同期をとり、第１要素画像群の各色の要素画像群の表示タイミングと第１点光源群の各色の点光源群の点灯タイミングとを合わせている。また、点光源切り替え信号生成手段４０２Ｂは、同様に、第２要素画像群の各色の要素画像群の表示タイミングと第２点光源群の各色の点光源群の点灯タイミングとを合わせている。

要素画像切り替え手段４１Ｂは、異なる視点位置の複数の要素画像で構成された要素画像群と、その複数の要素画像とはさらに異なる視点位置の要素画像で構成された要素画像群とを、所定時間で切り換えて表示パネル２に表示するものである。

ここでは、要素画像切り替え手段４１Ｂは、２つの要素画像群として、第１要素画像群と、第２要素画像群とを所定時間で切り替えて表示パネル２に表示する。このとき、要素画像切り替え手段４１Ｂは、表示対象の要素画像群を表示する時間区間において、当該要素画像群を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各色の要素画像群を時分割で切り替えて表示する。
これによって、表示パネル２には、カラーの第１要素画像群と第２要素画像群とが、一定周期で交互に表示されることになる。

点光源切り替え手段４２Ｂは、表示対象の要素画像群に含まれる要素画像に対応する点光源のみを点灯するように、要素画像群の表示と同期して、点灯対象の点光源の点灯と他の点光源の消灯との切り替えを行うものである。

ここでは、点光源切り替え手段４２Ｂは、点光源パネル３Ｂにおいて、第１点光源群と、第２点光源群とを所定時間で切り替えて点灯する。このとき、点光源切り替え手段４２Ｂは、切り替え信号生成手段４０Ｂから入力される点光源切り替え信号に同期して、第１点光源群における各色の点光源群の時分割の点灯と、第２点光源群における各色の点光源群の時分割の点灯と順次繰り返す。すなわち、点光源切り替え手段４２Ｂは、各色の要素画像群の表示時に、当該要素画像群を構成する要素画像の位置に対応する点光源のうちで、表示対象の要素画像群と同じ色の光源のみを点灯する。

なお、点光源切り替え手段４２Ｂは、点光線群を点灯する場合、外部電源（不図示）から入力される電流を各色に対応した点光源群ごとの電源ラインに供給し、点光線群を消灯する場合、電流の電源ラインへの供給を停止すればよい。
これによって、点光源パネル３Ｂでは、カラーの第１点光源群の点灯と消灯、第２点光源群の消灯と点灯が、一定周期で切り替えられることになる。

このように、立体像表示装置１Ｄは、画素をサブピクセルに区分してサブピクセルごとに異なる色のカラーフィルタを用いた立体像表示装置１Ｂに対して、画素全体の色を切り替えることでサブピクセルの区分がなくなり、高精細な要素画像による高精細なカラー立体像を表示することができる。

なお、図８では、ＲＧＢの各色を発光する点光源を組としたカラー点光源を備えた点光源パネル３Ｂを用いたが、図９に示すように、さらにＧの点光源を増やし、Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂの各色を発光する点光源を組としたカラー点光源を備えた点光源パネル３Ｃを用いた立体像表示装置１Ｅ（本発明の第５実施形態）として構成してもよい。

この場合、表示制御手段４Ｂ（図１０参照）は、図１１で示した要素画像群（第１要素画像群、第２要素画像群）の表示区間を、Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂに４等分して、要素画像群の表示を制御し、点光源群（第１点光源群、第２点光源群）の点灯区間を、Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂに４等分して、点光源群の点灯を制御すればよい。
これによって、立体像表示装置１Ｅは、立体像表示装置１Ｄと同様の効果を奏するとともに、視覚的に解像度を向上させたカラー立体像を表示することができるため、カラー立体像の奥行き再現性をさらに高めることができる。

以上、本発明の実施形態に係る立体像表示装置１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ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。
以下、本発明の変形例について説明する。

〔変形例１〕
本発明は、図１２の立体像表示装置１Ｆに示すように、表示パネル２と点光源パネル３との間に、開口部（アパーチャ）Ｈを備えた開口アレイ（アパーチャアレイ）５を備えて構成してもよい。

開口アレイ５は、点光源Ｌごとに開口部Ｈを設け、開口部Ｈの範囲で光を通過（透過）させ、それ以外の範囲で光を遮断することで、点光源Ｌの照射範囲を限定するものである。
開口部Ｈは、点光源Ｌが表示パネル２に照射する領域を、対応する要素画像ｅのみに限定する。すなわち、図１３（ａ）に示すように、開口部Ｈは、点光源Ｌの光の広がり角度θが大きい場合でも、点光源Ｌに対応する要素画像ｅの領域のみに照射する。
このように、開口部Ｈによって、対応する要素画像以外の要素画像への漏れ光を防ぐことで、立体像表示装置１Ｆは、クロストークやサイドローブの立体像の発生を抑えることがきる。

また、開口部Ｈの形状は、要素画像に照射する領域の形状であればよく、矩形、円等である。例えば、開口部Ｈを横方向に長い矩形とし、横長の要素画像ｅを表示パネル２に表示することで、立体像表示装置１Ｆは、水平方向に広い視野を持つ立体像を表示することができる。

また、立体像表示装置１Ｆは、図１２、図１３（ｂ）に示すように、表示パネル２と点光源パネル３との間に、透過率分布を持つ開口部（透過率分布開口部Ｈ_Ｂ）を備えた開口アレイ（透過率分布アパーチャアレイ）５Ｂを備えて構成してもよい。

透過率分布開口部Ｈ_Ｂは、異なる透過率の分布を有する部材であって、例えば、ガラス、フィルム等である。ここでは、透過率分布開口部Ｈ_Ｂは、開口中心から周辺にいくほど透過率が高いものを用いることとする。
点光源Ｌは、光の配光角により、照射される要素画像の周辺ほど輝度が暗くなる。そこで、開口中心から離れるにつれて透過率が高い透過率分布開口部Ｈ_Ｂを用いることで、要素画像に照射する輝度をほぼ一定に保つことができる。
これによって、開口アレイ５Ｂを備えた立体像表示装置１Ｆは、観察者が立体像を正面や斜め方向から観察しても、一定の輝度分布の立体像を表示することができる。

なお、ここでは、立体像表示装置１（図１）に対して、開口アレイ５，５Ｂを備えた例を説明したが、立体像表示装置１Ｂ（図６），１Ｃ（図７），１Ｄ（図８），１Ｅ（図９）に、開口アレイ５，５Ｂを備えることとしてもよい。

〔変形例２〕
以上説明した立体像表示装置では、表示パネル２に透過型の空間光変調器で構成されたディスプレイを用いた。しかし、この表示パネル２を、反射型の空間光変調器で構成されたディスプレイとしてもよい。

この場合、図１４に示すように、表示パネル２と点光源パネル３との間における点光源Ｌの光路上に偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：以下、ＰＢＳ）６を備える構成（立体像表示装置１Ｇ）とすればよい。

ＰＢＳ６は、入射光をその偏光成分に応じて分離するものである。ここでは、ＰＢＳ６は、点光源からの光（ここでは、Ｓ偏光とする）については反射させて対向する表示パネル２の要素画像ｅを表示するＳＬＭ（空間光変調器：不図示）に照射する。また、ＰＢＳ６は、ＳＬＭからの反射光（Ｐ偏光）については透過させて観察者方向に出射する。

このように、立体像表示装置１Ｇを構成しても、表示制御手段４（図１）の制御は同じである。すなわち、立体像表示装置１Ｇは、図１４（ａ）に示すように、点光源パネル３の点光源Ｌのうちで、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を点灯し、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を消灯している間に、表示パネル２に第１要素画像群ｅ_１，ｅ_１，…を表示する。また、立体像表示装置１Ｇは、図１４（ｂ）に示すように、点光源パネル３の点光源Ｌのうちで、第２点光源群Ｌ_２，Ｌ_２，…を点灯し、第１点光源群Ｌ_１，Ｌ_１，…を消灯している間に、表示パネル２に第２要素画像群ｅ_２，ｅ_２，…を表示する。
これによって、立体像表示装置１Ｇは、解像度の高い立体像を表示することができる。

なお、ここでは、立体像表示装置１（図１）の表示パネル２を、反射型の空間光変調器で構成されたディスプレイとする変形例で説明したが、立体像表示装置１Ｂ（図６），１Ｃ（図７），１Ｄ（図８），１Ｅ（図９）についても同様である。

１ 立体像表示装置
２ 表示パネル（表示手段）
３ 点光源パネル（照明手段）
４ 表示制御手段
４０ 切り替え信号生成手段
４０１ 要素画像切り替え信号生成手段
４０２ 点光源切り替え信号生成手段
４１ 要素画像切り替え手段
４２ 点光源切り替え手段
５ 開口アレイ
６ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
Ｈ 開口部

Claims (8)

1. インテグラル立体方式により立体像を表示する立体像表示装置であって、
   透過型の空間光変調器で構成された表示手段と、
   前記表示手段に表示する複数の要素画像群の予め定めた個々の要素画像を背面から照射する位置に配置された複数の点光源で構成された照明手段と、
   前記要素画像の前記表示手段への表示と前記照明手段における前記点光源の点灯とを同期して行う表示制御手段と、を備え、
   前記表示制御手段は、
   異なる視点位置の複数の要素画像で構成された要素画像群と、前記複数の要素画像とはさらに異なる視点位置の要素画像で構成された要素画像群とを、所定時間で切り換えて前記表示手段に表示する要素画像切り替え手段と、
   表示対象の要素画像群に含まれる要素画像に対応する前記点光源のみを点灯するように、前記要素画像群の表示と同期して、点灯対象の点光源の点灯と他の点光源の消灯との切り替えを行う点光源切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする立体像表示装置。
2. インテグラル立体方式により立体像を表示する立体像表示装置であって、
   反射型の空間光変調器で構成された表示手段と、
   前記表示手段に表示する複数の要素画像群の予め定めた個々の要素画像を偏光ビームスプリッタの反射により前面から照射する位置に配置された複数の点光源で構成された照明手段と、
   前記点光源の光路上の前記表示手段と前記照明手段との間に配置され、前記点光源からの光を前記表示手段に反射し、前記表示手段の空間光変調器からの反射光を透過する前記偏光ビームスプリッタと、
   前記要素画像の前記表示手段への表示と前記照明手段における前記点光源の点灯とを同期して行う表示制御手段と、を備え、
   前記表示制御手段は、
   異なる視点位置の複数の要素画像で構成された要素画像群と、前記複数の要素画像とはさらに異なる視点位置の要素画像で構成された要素画像群とを、所定時間で切り換えて前記表示手段に表示する要素画像切り替え手段と、
   表示対象の要素画像群に含まれる要素画像に対応する前記点光源のみを点灯するように、前記要素画像群の表示と同期して、点灯対象の点光源の点灯と他の点光源の消灯との切り替えを行う点光源切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする立体像表示装置。
3. 前記空間光変調器は、赤色、緑色および青色のカラーフィルタを備えたサブピクセルを１画素とする画素構造であって、
   前記表示制御手段が前記表示手段に表示する前記要素画像群を構成する要素画像は、画素ごとに赤色、緑色および青色の各階調を有するカラー要素画像であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体像表示装置。
4. 前記空間光変調器は、赤色、第１緑色、第２緑色および青色のカラーフィルタを備えたサブピクセルを１画素とする画素構造であって、
   前記表示制御手段が前記表示手段に表示する前記要素画像群を構成する要素画像は、画素ごとに赤色、第１緑色、第２緑色および青色の各階調を有するカラー要素画像であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体像表示装置。
5. 前記点光源は、赤色光源、緑色光源および青色光源の組で構成され、
   前記要素画像切り替え手段は、
   前記表示対象の要素画像群を表示する時間区間において、当該要素画像群を構成する赤色、緑色および青色の各色の要素画像群を時分割で切り替えて表示し、
   前記点光源切り替え手段は、
   前記各色の要素画像群の表示時に、当該要素画像群を構成する要素画像の位置に対応する点光源のうちで、表示対象の要素画像群と同じ色の光源のみを点灯することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体像表示装置。
6. 前記点光源は、赤色光源、第１緑色光源、第２緑色光源および青色光源の組で構成され、
   前記要素画像切り替え手段は、
   前記表示対象の要素画像群を表示する時間区間において、当該要素画像群を構成する赤色、第１緑色、第２緑色および青色の各色の要素画像群を時分割で切り替えて表示し、
   前記点光源切り替え手段は、
   前記各色の要素画像群の表示時に、当該要素画像群を構成する要素画像の位置に対応する点光源のうちで、表示対象の要素画像群と同じ色の光源のみを点灯することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体像表示装置。
7. 前記照明手段と前記表示手段との間に、前記点光源ごとの光を透過する開口部を有する開口アレイを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の立体像表示装置。
8. 前記開口部は、開口中心から周辺にいくほど透過率が高い透過率分布を有することを特徴とする請求項７に記載の立体像表示装置。

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