JP6832064B2 - 立体像表示装置 - Google Patents

Description

本願発明は、インテグラルフォトグラフィ方式又は多眼方式で立体像を表示する立体像表示装置に関する。

インテグラルフォトグラフィ（以下、ＩＰ）方式は、レンズアレイや空間フィルタを通して、被写体が存在する空間の情報を取得する手法のうち、微小な光学素子アレイを用いて、立体像を撮像及び表示する方式である（非特許文献１）。

図１５を参照し、従来のＩＰ立体像撮影装置１１０について説明する。
図１５のように、ＩＰ立体像撮影装置１１０は、一平面状に凸レンズが配列されたレンズ群１１２と、撮像素子１１３とを備える。また、図１５には、被写体１１１と、撮影方向１１４と、レンズ群１１２によって結像される被写体１１１の像１１５とを図示した。

ＩＰ立体像撮影装置１１０は、レンズ群１１２を通して、被写体１１１を撮影する。撮像素子１１３には、レンズ群１１２を構成する凸レンズと同じ数だけ被写体１１１の像１１５が撮影される。以下、被写体１１１の像１１５を「要素画像」と呼ぶ。

図１６を参照し、従来のＩＰ立体像表示装置１２０について説明する。
図１６のように、ＩＰ立体像表示装置１２０は、一平面状に凸レンズを配列したレンズ群１２２と、表示素子１２３とを備える。また、図１６には、立体像１２１と、観察方向１２４と、レンズ群１２２の像１２５と、像点１２６とを図示した。

表示素子１２３は、ＩＰ立体像撮影装置１１０で撮影された要素画像１１５に対応する要素画像１２５を表示する。この結果、図１６のように、ＩＰ立体像表示装置１２０は、被写体１１１が存在した場所と同じ位置に立体像１２１を生成する。

ただし、図１５のように、撮影方向１１４から見た場合、被写体１１１の円柱が角柱に対して手前に存在する。一方、図１６のように、被写体１１１に対応する立体像１２１は、観察方向１２４から見て、角柱が円柱の手前に生成される。つまり、被写体１１１と比較して奥行きが反転した逆視像が生成される。この逆視像を回避するためには、個々の要素画像１１５を点対称に反転した上で、表示素子１２３に表示すればよいことが知られている。

また、ＩＰとは別の立体像表示方式として、多眼立体方式が知られている。
図１７を参照し、従来の多眼立体像表示装置１５０について説明する。
図１７のように、多眼立体像表示装置１５０は、複数の視点画像の内の１つの視点画像を表示する表示素子１５１と、アフォーカル光学系を構成する第１の凸レンズ１５２及び第２の凸レンズ１５４と、光の進行方向（光線の幅）を制御するピンホール１５３と、垂直方向に光を拡散する拡散板１５５とを備える。また、図１７には、観察方向１５６を図示した。

多眼立体像表示装置１５０では、表示素子１５１に表示された視点画像の光が出射される。このため、観察方向１５６から眺めると、表示素子１５１に表示された視点画像を見ることができる。

図１８を参照し、従来の多眼立体像表示装置１６０の第２例について説明する。
図１８のように、多眼立体像表示装置１６０は、図１７の多眼立体像表示装置１５０を視点数だけ配列したものであり、表示素子アレイ１６１と、アフォーカル光学系を構成する凸レンズアレイ１６２及び凸レンズ１６４と、光の進行方向（光線の幅）を制御するピンホールアレイ１６３と、垂直方向に光を拡散する拡散板１６５とを備える。

この多眼立体像表示装置１６０では、表示素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃに表示された異なる視点画像の光が、それぞれ異なる方向１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃに向けて出射される。このため，観察者が方向１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃの反対方向から眺めると、対応する表示素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃに表示された視点画像を見ることができる。このとき、実物を異なる方向から眺めた際に見える様子と、表示素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃに表示される視点画像とが対応づけられていれば、観察者は立体像を観察することができる。

「変形２次元配置した多重テレセントリック光学系を用いた３次元ディスプレイ」、高木康博、映像情報メディア学会誌、Vol.57、No.2、pp.293-300(2003)

ここで、ＩＰ方式では、表示素子１２３は、図１９のように、例えば液晶パネルなど、有限の大きさを有する画素１４１が２次元状に配置された画素構造１３１を有する。図１９では、１個の画素１４１から出射される光線が、１本の光線として図示されており、立体像の像点１２６が複数の光線によって生成されている。
なお、図１９は、２次元状の画素構造１３１の一部だけを図示している。

しかし、図２０のように、実際には画素１４１は有限の大きさを持っているため、１個の画素１４１から出射した光は、対応するレンズ１４２を出射した後、光の広がり１４３を有することになる。つまり、画素１４１の上側から出射した光線（破線で図示）と、この画素１４１の下側から出射した光線（実線で図示）との幅により、光の広がり１４３（ドットで図示）が形成される。このように光線の幅が狭いほど、小さな像点１２６を表現することが可能となるが、光の広がり１４３を有するために、立体像の解像度を劣化させる要因となっていた。

また、多眼方式では、表示素子１５１は、図２１のように、例えば液晶パネルなど、有限の大きさを有する画素１７１が２次元状に配置された画素構造を有する。このように、実際には画素１７１は有限の大きさを持っているため、１個の画素１７１から出射して、アフォーカル光学系を構成する凸レンズ１７２，１７４及びピンホール１７３を通過すると、光の広がり１７５を有することになる。複数の視点画像を表示する際の指向性が高いほど、多くの視点画像を表示でき、立体像の品質を高めることができるが、光の広がり１７５（ドットで図示）を有するため、立体像の品質を劣化させる要因となっていた。
なお、図２１では、２次元状の画素構造の一部だけを図示している。

本願発明は、立体像の解像度や品質の劣化を抑えた立体像表示装置を提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本願発明に係る立体像表示装置は、複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子アレイと、光学素子に対応する画像を表示する表示素子とを備えるインテグラルフォトグラフィ方式又は多眼方式の立体像表示装置であって、表示素子は、所定の大きさを有する画素で構成され、表示素子の画素から光学素子に到る光線の光路上に配置され、所定の大きさを有する画素からの光線の広がりを抑制する光線幅抑制部材を画素毎に備え、光線幅抑制部材は、画素に隣接配置され、画素からの光の一部を遮光する遮光マスクであり、遮光マスクの開口部は、光学素子の回折限界まで小さくした構成とした。

かかる構成によれば、立体像表示装置は、光線幅抑制部材が光線の広がりを抑制するので、ＩＰ方式では像点が小さくなり、多眼方式では光の指向性が向上する。

本願発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願発明に係る立体像表示装置は、光線幅抑制部材が光線の広がりを抑制するので、ＩＰ方式では像点が小さくなり、多眼方式では光の指向性が向上し、立体像の解像度や品質の劣化が抑えられる。

本願発明の第１実施形態に係るＩＰ立体像表示装置の概略構成図である。 図１のＩＰ立体像表示装置における光の広がりを説明する説明図である。 本願発明の第２実施形態に係るＩＰ立体像表示装置の概略構成図である。 図３のＩＰ立体像表示装置の画素構造を説明する説明図である。 図３のＩＰ立体像表示装置による光線幅の抑制を説明する説明図である。 本願発明の第３実施形態に係るＩＰ立体像表示装置の概略構成図である。 図６のＩＰ立体像表示装置の画素構造を説明する説明図である。 本願発明の第４実施形態に係る多眼立体像表示装置の概略構成図である。 図８の多眼立体像表示装置の画素構造を説明する説明図である。 本願発明の第５実施形態に係る多眼立体像表示装置の概略構成図である。 図１０の多眼立体像表示装置の画素構造を説明する説明図である。 図１０の多眼立体像表示装置による光線幅の抑制を説明する説明図である。 本願発明の第６実施形態に係る多眼立体像表示装置の概略構成図である。 図１３の多眼立体像表示装置の画素構造を説明する説明図である。 従来のＩＰ立体像撮影装置の概略構成図である。 従来のＩＰ立体像表示装置の概略構成図である。 従来の多眼立体像表示装置の第１例の概略構成図である。 従来の多眼立体像表示装置の第２例の概略構成図である。 従来のＩＰ立体像表示装置の説明図である。 図１９の立体像表示装置における光の広がりを説明する説明図である。 従来の多眼立体像表示装置における光の広がりを説明する説明図である。

以下、本願発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。

（第１実施形態、ＩＰ方式、遮光マスク）
図１を参照し、本願発明の第１実施形態に係るＩＰ立体像表示装置（立体像表示装置）１０の構成について、説明する。
ＩＰ立体像表示装置１０は、ＩＰ方式で立体像を表示するものであり、図１のように、表示素子１と、レンズアレイ（光学素子アレイ）４とを備える。

表示素子１は、一般的なＩＰ立体像撮像装置（例えば、図１５）で撮像された要素画像群を表示するものである。この表示素子１は、画素２と、遮光マスク（光線幅抑制部材）３を備える。本実施形態では、表示素子１は、自発光型又は受光型の何れであってもよい。例えば、表示素子１は、画素２が配列された液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等のディスプレイである。

遮光マスク３は、画素２から凸レンズ（光学素子）４ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、遮光マスク３は、画素２に隣接配置され、画素２からの光の一部を遮光する。つまり、遮光マスク３は、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。この遮光マスク３は、画素２からの光を遮光できるものであればよい。例えば、遮光マスク３は、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、遮光マスク３の開口部は、その大きさが特に制限されないが、凸レンズ４ａの回折限界まで小さくすることが好ましい。

レンズアレイ４は、凸レンズ４ａが２次元状に配列された凸レンズアレイである。このレンズアレイ４は、表示素子１の要素画像に対応する凸レンズ４ａが、像点５に立体像を結像させる。本実施形態では、レンズアレイ４は、凸レンズ４ａの焦平面上に表示素子１が位置するように、配置されている。また、凸レンズ４ａは、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

＜光線幅の抑制＞
以下、ＩＰ立体像表示装置１０による光線幅の抑制について説明する。
図２のように、ＩＰ立体像表示装置１０は、遮光マスク３を配置することで、遮光マスク３の開口部上側から出射した光線（破線で図示）と、遮光マスク３の開口部下側から光線（実線で図示）との幅により、光の広がり６（淡いドットで図示）が形成される。このように、ＩＰ立体像表示装置１０は、遮光マスク３を配置しない場合の光の広がり１４３と比べて、光の広がり６を抑えることができる。

図１，図２では画素２及び遮光マスク３を１個のみ図示したが、実際には表示素子１が複数の画素２で構成され、画素２のそれぞれに遮光マスク３が配置される。そして、ＩＰ立体像表示装置１０は、複数の画素２から出射した光線により立体像を生成する。このとき、ＩＰ立体像表示装置１０は、遮光マスク３により光線の広がり６を狭くできるため、立体像の解像度の劣化を抑えることができる。

（第２実施形態、ＩＰ方式、ピンホール）
図３を参照し、本願発明の第２実施形態に係るＩＰ立体像表示装置１０Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、ＩＰ方式で立体像を表示するものであり、図３のように、表示素子１Ｂと、レンズアレイ４とを備える。

表示素子１Ｂは、複数の画素ユニット（画素）７が２次元状に配列されたものである。この画素ユニット７は、図４のように、光源７ａと、集光光学系７ｂと、ピンホール（光線幅抑制部材）７ｃとを備える。

光源７ａは、レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の自発光型の光源である。
集光光学系７ｂは、光源７ａからの光を集光するものである。例えば、集光光学系７ｂは、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

ピンホール７ｃは、光源７ａから凸レンズ（光学素子）４ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール７ｃは、集光光学系７ｂの焦点位置（集光点）に配置されている。つまり、ピンホール７ｃは、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。このピンホール７ｃは、集光光学系７ｂを通過した光を遮光できるものであればよい。例えば、ピンホール７ｃは、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、ピンホール７ｃの開口部の大きさは、図１の遮光マスク３の開口部と同等とすることが好ましい。
本実施形態では、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、光源７ａと凸レンズ４ａの主点とを結んだ線分上に、集光光学系７ｂ及びピンホール７ｃが配置されている。

＜光線幅の抑制＞
図４，図５を参照し、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂによる光線幅の抑制について説明する。
図４のように、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、ピンホール７ｃを通過した後の光の広がりを、レンズアレイ４を構成する凸レンズ４ａの直径以下にする必要がある。

このため、図５のように、集光光学系７ｂの直径Ｗ１と、集光光学系７ｂからピンホール７ｃまでの距離Ｌ１と、ピンホール７ｃから凸レンズ４ａまでの距離Ｌ２と、凸レンズ４ａの直径Ｗ２とを適切に設定する必要がある。具体的には、直径Ｗ１，Ｗ２及び距離Ｌ１，Ｌ２は、式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たす必要がある。

図３，図４では画素ユニット７を１個のみ図示したが、実際には表示素子１Ｂが複数の画素ユニット７で構成され、画素ユニット７のそれぞれにピンホール７ｃが配置される。そして、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、複数の光源７ａから出射した光線により立体像を生成する。このとき、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、ピンホール７ｃにより光線の広がりを狭くできるため、立体像の解像度の劣化を抑えることができる。
なお、図４では、ピンホール７ｃを通過する光線のみを図示したが、実際にはピンホール７ｃで遮光される光線が存在する。

（第３実施形態、ＩＰ方式、コリメータ）
図６を参照し、本願発明の第３実施形態に係るＩＰ立体像表示装置１０Ｃの構成について、第２実施形態と異なる点を説明する。
ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、ＩＰ方式で立体像を表示するものであり、図６のように、表示素子１Ｃと、レンズアレイ４とを備える。

表示素子１Ｃは、複数の画素ユニット（画素）８が２次元状に配列されたものである。この画素ユニット８は、図７のように、光源８ａと、コリメータ８Ｃと、集光光学系（第１集光光学系）８ｅと、ピンホール（第１ピンホール）８ｆとを備える。
光源８ａは、レーザ、ＬＥＤ等の自発光型の光源である。

コリメータ８Ｃは、光源８ａからの光を平行光に変換するものである。このコリメータ８Ｃは、集光光学系（第２集光光学系）８ｂと、ピンホール（第２ピンホール）８ｃと、コリメータレンズ８ｄとを備える。
集光光学系８ｂは、光源８ａからの光を集光するものである。例えば、集光光学系８ｂは、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

ピンホール８ｃは、光源８ａから凸レンズ（光学素子）４ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール８ｃは、集光光学系８ｂの焦点位置に光線幅抑制部材として配置されている。つまり、ピンホール８ｃは、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。このピンホール８ｃは、集光光学系８ｂを通過した光を遮光できるものであればよい。例えば、ピンホール８ｃは、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、ピンホール８ｃの開口部の大きさは、図１の遮光マスク３の開口部と同等とすることが好ましい。

コリメータレンズ８ｄは、焦点位置にピンホール８ｃが位置するように配置され、ピンホール８ｃを通過した光を平行光に変換するものである。
集光光学系８ｅは、コリメータ８Ｃを通過した光を集光するものである。
本実施形態では、コリメータレンズ８ｄ及び集光光学系８ｅは、集光光学系８ｂと同様の凸レンズである。

ピンホール８ｆは、光源８ａから凸レンズ（光学素子）４ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール８ｆは、集光光学系８ｅの焦点位置に光線幅抑制部材として配置されている。このピンホール８ｆの構造及び素材は、ピンホール８ｃと同様のため、説明を省略する。

本実施形態では、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、光源８ａと凸レンズ４ａの主点とを結んだ線分上に、コリメータ８Ｃと、集光光学系８ｅと、ピンホール８ｆとが配置されている。

＜光線幅の抑制＞
図５，図７を参照し、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃによる光線幅の抑制について説明する。
図７のように、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、ピンホール８ｆを通過した後の光の広がりを、レンズアレイ４を構成する凸レンズ４ａの直径以下にする必要がある。

このため、図５のように、集光光学系８ｅの直径Ｗ１と、集光光学系８ｅからピンホール８ｆまでの距離Ｌ１と、ピンホール８ｆから凸レンズ４ａまでの距離Ｌ２と、凸レンズ４ａの直径Ｗ２とを適切に設定する必要がある。具体的には、直径Ｗ１，Ｗ２及び距離Ｌ１，Ｌ２は、前記した式（１）を満たすことが好ましく、前記した式（２）を満たす必要がある。

図６，図７では画素ユニット８を１個のみ図示したが、実際には表示素子１Ｃが複数の画素ユニット８で構成され、画素ユニット８のそれぞれにピンホール８ｃ，８ｆが配置される。そして、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、複数の光源８ａから出射した光線により立体像を生成する。このとき、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、ピンホール８ｃ，８ｆにより光線の広がりを狭くできるため、立体像の解像度の劣化を抑えることができる。
なお、図７では、ピンホール８ｃ，８ｆを通過する光線のみを図示したが、実際にはピンホール８ｃ，８ｆで遮光される光線が存在する。

ここで、ＩＰ立体像表示装置１０，１０Ｂ，１０Ｃの違いについて説明を補足する。
図２のように、ＩＰ立体像表示装置１０は、遮光マスク３を画素２に隣接配置するだけなので、構成が簡易になる。一方、ＩＰ立体像表示装置１０は、遮光マスク３の遮光量が多くなるので、立体像が暗くなる。
図４のように、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、集光光学系７ｂが必要となるので、構成が複雑になる。一方、ＩＰ立体像表示装置１０Ｂは、集光光学系７ｂがピンホール７ｃの開口部に集光するので遮光量が少なくなり、立体像が明るくなる。
図７のように、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、コリメータ８Ｃ及び集光光学系８ｅが必要となるので、構成がさらに複雑になる。一方、ＩＰ立体像表示装置１０Ｃは、集光光学系８ｂがピンホール８ｃの開口部に集光した後、集光光学系８ｅがピンホール８ｆの開口部に再度集光するので、遮光量がさらに少なくなり、立体像がより明るくなる。

（第４実施形態、多眼方式、遮光マスク）
図８を参照し、本願発明の第４実施形態に係る多眼立体像表示装置（立体像表示装置）２０について、説明する。
多眼立体像表示装置２０は、多眼方式で立体像を表示するものであり、図８のように、表示素子アレイ２１と、レンズアレイ（光学素子アレイ）２５と、ピンホールアレイ２６と、凸レンズ２７と、拡散板２８とを備える。

表示素子アレイ２１は、複数の視点画像を表示するため、表示素子２２が２次元状に配列されたものである。
表示素子２２は、視点画像を表示するものであり、図９のように、画素２３と、遮光マスク（光線幅抑制部材）２４を備える。本実施形態では、表示素子２２は、自発光型又は受光型の何れであってもよい。例えば、表示素子２２は、画素２３が配列された液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等のディスプレイである。

なお、図９では、表示素子２２、凸レンズ２５ａ及びピンホール２６ａの１個だけを図示した。また、図９では、表示素子２２に備えられた画素２３及び遮光マスク２４の１個だけを図示すると共に、拡散板２８の図示を省略した。

遮光マスク２４は、画素２３から凸レンズ（光学素子）２５ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、遮光マスク２４は、画素２３に隣接配置され、画素２３からの光の一部を遮光する。つまり、遮光マスク２４は、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。この遮光マスク２４は、画素２３からの光を遮光できるものであればよい。例えば、遮光マスク２４は、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、遮光マスク２４の開口部は、その大きさが特に制限されないが、表示素子２２で出射される光の波長と同程度とすることが好ましい。

レンズアレイ２５は、凸レンズ２５ａが２次元状に配列された凸レンズアレイである。このレンズアレイ２５は、表示素子２２に対応させて、凸レンズ２５ａが備えられる。本実施形態では、レンズアレイ２５は、凸レンズ２５ａの焦点に表示素子２２が位置するように、配置されている。また、凸レンズ２５ａは、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

ピンホールアレイ２６は、ピンホール２６ａが２次元状に配列されたものである。このピンホールアレイ２６は、凸レンズ２５ａに対応させて、ピンホール２６ａが備えられる。本実施形態では、ピンホールアレイ２６は、凸レンズ２５ａの焦点にピンホール２６ａが位置するように、配置されている。このピンホール２６ａは、画素２３からの光を遮光できるものであればよい。例えば、ピンホール２６ａは、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。

凸レンズ２７は、ピンホールアレイ２６を通過した光を平行光に変換するものである。つまり、凸レンズ２５ａ，２７は、アフォーカル光学系を構成する。本実施形態では、凸レンズ２７は、その焦平面にピンホールアレイ２６が位置するように、配置されている。凸レンズ２７は、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。
拡散板２８は、凸レンズ２７からの光を拡散させるものである。本実施形態では、拡散板２８は、凸レンズ２７からの光を垂直方向に拡散させる指向性拡散板である。

本実施形態では、多眼立体像表示装置２０は、図８のように、+凸レンズ２５ａの光軸上に表示素子２２と、ピンホール２６ａとが配置されている。

＜光線幅の抑制＞
以下、多眼立体像表示装置２０による光線幅の抑制について説明する。
図９のように、多眼立体像表示装置２０は、遮光マスク２４を配置することで、画素２３から出射した光線により、光の広がり１７５ａが形成される。このように、多眼立体像表示装置２０は、遮光マスク２４を配置しない場合と比べて、光の広がり１７５ｂ，１７５ｃ（図２０）を抑えることができる。

図９では画素２３及び遮光マスク２４を１個のみ図示したが、実際には表示素子２２が複数の画素２３で構成され、画素２３のそれぞれに遮光マスク２４が配置される。そして、多眼立体像表示装置２０は、複数の画素２３から出射した光線により立体像を生成する。このとき、多眼立体像表示装置２０は、光線の広がり１７５ａを狭くできるため、立体像の品質の劣化を抑えることができる。

（第５実施形態、多眼方式、ピンホール）
図８，図１０を参照し、本願発明の第５実施形態に係る多眼立体像表示装置２０Ｂの構成について、第４実施形態と異なる点を説明する。
多眼立体像表示装置２０Ｂは、多眼方式で立体像を表示するものであり、図８のように、表示素子アレイ２１Ｂと、レンズアレイ（光学素子アレイ）２５と、ピンホールアレイ２６と、凸レンズ２７と、拡散板２８とを備える。

表示素子アレイ２１Ｂは、複数の視点画像を表示するため、表示素子２２Ｂが２次元状に配列されたものである。
表示素子２２Ｂは、視点画像を表示するものであり、図１０のように、複数の画素ユニット（画素）２３Ｂが２次元状に配列されている。この画素ユニット２３Ｂは、図１１のように、光源２３１と、集光光学系２３３と、ピンホール（光線幅抑制部材）２３５とを備える。

光源２３１は、レーザ、ＬＥＤ等の自発光型の光源である。
集光光学系２３３は、光源２３１からの光を集光するものである。例えば、集光光学系２３３は、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

ピンホール２３５は、光源２３１から凸レンズ２５ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール２３５は、集光光学系２３３の焦点位置（集光点）に配置されている。つまり、ピンホール２３５は、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。このピンホール２３５は、集光光学系２３３を通過した光を遮光できるものであればよい。例えば、ピンホール２３５は、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、ピンホール２３５の開口部の大きさは、図９の遮光マスク２４の開口部と同等とすることが好ましい。
なお、図１１では、ピンホール２３５を通過する光線のみを図示したが、実際にはピンホール２３５で遮光される光線が存在する。

＜光線幅の抑制＞
図１２を参照し、多眼立体像表示装置２０Ｂによる光線幅の抑制について説明する。
図１２のように、多眼立体像表示装置２０Ｂは、ピンホール２３５を通過した後の光の広がりを、ピンホール２６ａの開口部の直径以下にする必要がある。このため、集光光学系２３３の直径Ｗ１と、集光光学系２３３からピンホール２３５までの距離Ｌ１と、ピンホール２３５から凸レンズ２５ａまでの距離Ｌ２と、ピンホール２６ａの開口部の直径Ｗ２とを適切に設定する必要がある。具体的には、直径Ｗ１，Ｗ２及び距離Ｌ１，Ｌ２は、前記した式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たす必要がある。

図１０，図１１では画素ユニット２３Ｂを１個のみ図示したが、実際には表示素子２２Ｂが複数の画素ユニット２３Ｂで構成され、画素ユニット２３Ｂのそれぞれにピンホール２３５が配置される。そして、多眼立体像表示装置２０Ｂは、複数の光源２３１から出射した光線により立体像を生成する。このとき、多眼立体像表示装置２０Ｂは、ピンホール２３５により光線の広がりを狭くできるため、立体像の品質の劣化を抑えることができる。

（第６実施形態、多眼方式、コリメータ）
図８，図１３を参照し、本願発明の第６実施形態に係る多眼立体像表示装置２０Ｃの構成について、第５実施形態と異なる点を説明する。
多眼立体像表示装置２０Ｃは、多眼方式で立体像を表示するものであり、図８のように、表示素子アレイ２１Ｃと、レンズアレイ（光学素子アレイ）２５と、ピンホールアレイ２６と、凸レンズ２７と、拡散板２８とを備える。

表示素子アレイ２１Ｃは、複数の視点画像を表示するため、表示素子２２Ｃが２次元状に配列されたものである。
表示素子２２Ｃは、視点画像を表示するものであり、図１３のように、複数の画素ユニット（画素）２３Ｃが２次元状に配列されている。この画素ユニット２３Ｃは、図１４のように、光源２４０と、コリメータ２４１と、集光光学系（第１集光光学系）２４５と、ピンホール（第１ピンホール）２４６とを備える。

光源２４０は、レーザ、ＬＥＤ等の自発光型の光源である。
コリメータ２４１は、光源２４０からの光を平行光に変換するものである。このコリメータ２４１は、集光光学系（第２集光光学系）２４２と、ピンホール（第２ピンホール）２４３と、コリメータレンズ２４４とを備える。
集光光学系２４２は、光源２４０からの光を集光するものである。例えば、集光光学系２４２は、光学ガラス又は光学プラスチックを素材とする一般的な凸レンズである。

ピンホール２４３は、光源２４０から凸レンズ２５ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール２４３は、集光光学系２４２の焦点位置に光線幅抑制部材として配置されている。つまり、ピンホール２４３は、その中央に開口部が形成され、この開口部に入射した光を通過させると共に、開口部以外に入射した光を遮蔽する。このピンホール２４３は、集光光学系２４２を通過した光を遮光できるものであればよい。例えば、ピンホール２４３は、遮光フィルム、又は、金属、プラスチック等の遮光板に開口部を形成したものである。ここで、ピンホール２４３の開口部の大きさは、図９の遮光マスク２４の開口部と同等とすることが好ましい。

コリメータレンズ２４４は、焦点位置にピンホール２４３が位置するように配置され、ピンホール２４３を通過した光を平行光に変換するものである。
集光光学系２４５は、コリメータ２４１を通過した光を集光するものである。
本実施形態では、コリメータレンズ２４４及び集光光学系２４５は、集光光学系２４２と同様の凸レンズである。

ピンホール２４６は、光源２４０から凸レンズ２５ａに到る光線の光路上に配置され、光線の広がりを抑制するものである。本実施形態では、ピンホール２４６は、集光光学系２４５の焦点位置に光線幅抑制部材として配置されている。このピンホール２４６の構造及び素材は、ピンホール２４３と同様のため、説明を省略する。
なお、図１４では、ピンホール２４３，２４６を通過する光線のみを図示したが、実際にはピンホール２４３，２４６で遮光される光線が存在する。

＜光線幅の抑制＞
図１２を参照し、多眼立体像表示装置２０Ｃによる光線幅の抑制について説明する。
図１２のように、多眼立体像表示装置２０Ｃは、ピンホール２４６を通過した後の光の広がりを、ピンホール２６ａの開口部の直径以下にする必要がある。このため、集光光学系２４５の直径Ｗ１と、集光光学系２４５からピンホール２４６までの距離Ｌ１と、ピンホール２４６から凸レンズ２５ａまでの距離Ｌ２と、ピンホール２６ａの開口部の直径Ｗ２とを適切に設定する必要がある。具体的には、直径Ｗ１，Ｗ２及び距離Ｌ１，Ｌ２は、前記した式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たす必要がある。

図１３，図１４では画素ユニット２３Ｃを１個のみ図示したが、実際には表示素子２２Ｃが複数の画素ユニット２３Ｃで構成され、画素ユニット２３Ｃのそれぞれにピンホール２４３，２４６が配置される。そして、多眼立体像表示装置２０Ｃは、複数の光源２３１から出射した光線により立体像を生成する。このとき、多眼立体像表示装置２０Ｃは、ピンホール２４３，２４６により光線の広がりを狭くできるため、立体像の品質の劣化を抑えることができる。

ここで、多眼立体像表示装置２０，２０Ｂ，２０Ｃの違いについて説明を補足する。
図９のように、多眼立体像表示装置２０は、遮光マスク２４を画素２３に隣接配置するだけなので、構成が簡易になる。一方、多眼立体像表示装置２０は、遮光マスク２４の遮光量が多くなるので、立体像が暗くなる。
図１１のように、多眼立体像表示装置２０Ｂは、集光光学系２３３が必要となるので、構成が複雑になる。一方、多眼立体像表示装置２０Ｂは、集光光学系２３３がピンホール２３５の開口部に集光するので遮光量が少なくなり、立体像が明るくなる。
図１４のように、多眼立体像表示装置２０Ｃは、コリメータ２４１及び集光光学系２４５が必要となるので、構成がさらに複雑になる。一方、多眼立体像表示装置２０Ｃは、集光光学系２４２がピンホール２４３の開口部に集光した後、集光光学系２４５がピンホール２４６の開口部に再度集光するので、遮光量がさらに少なくなり、立体像がより明るくなる。

１０，１０Ｂ，１０Ｃ ＩＰ立体像表示装置（立体像表示装置）
１，１Ｂ，１Ｃ 表示素子
２ 画素
３ 遮光マスク（光線幅抑制部材）
４ レンズアレイ（光学素子アレイ）
４ａ 凸レンズ（光学素子）
７ 画素ユニット（画素）
７ａ 光源
７ｂ 集光光学系
７ｃ ピンホール（光線幅抑制部材）
８ 画素ユニット
８Ｃ コリメータ
８ａ 光源
８ｂ 集光光学系（第２集光光学系）
８ｃ ピンホール（第２ピンホール）
８ｄ コリメータレンズ
８ｅ 集光光学系（第１集光光学系）
８ｆ ピンホール（第１ピンホール）
２０，２０Ｂ，２０Ｃ 多眼立体像表示装置（立体像表示装置）
２１，２１Ｂ，２１Ｃ 表示素子アレイ
２２，２２Ｂ，２２Ｃ 表示素子
２３ 画素
２３Ｂ 画素ユニット（画素）
２４ 遮光マスク
２５ レンズアレイ（光学素子アレイ）
２５ａ 凸レンズ（光学素子）
２６ ピンホールアレイ
２６ａ ピンホール
２７ 凸レンズ
２８ 拡散板
２３１ 光源
２３３ 集光光学系
２３５ ピンホール（光線幅抑制部材）
２４０ 光源
２４１ コリメータ
２４２ 集光光学系（第２集光光学系）
２４３ ピンホール（第２ピンホール）
２４４ コリメータレンズ
２４５ 集光光学系（第１集光光学系）
２４６ ピンホール（第１ピンホール）

Claims (4)

1. 複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子アレイと、前記光学素子に対応する画像を表示する表示素子とを備えるインテグラルフォトグラフィ方式又は多眼方式の立体像表示装置であって、
   前記表示素子は、所定の大きさを有する画素で構成され、
   前記表示素子の画素から前記光学素子に到る光線の光路上に配置され、所定の大きさを有する前記画素からの光線の広がりを抑制する光線幅抑制部材を前記画素毎に備え、
   前記光線幅抑制部材は、前記画素に隣接配置され、前記画素からの光の一部を遮光する遮光マスクであり、
   前記遮光マスクの開口部は、前記光学素子の回折限界まで小さくしたことを特徴とする立体像表示装置。
2. 複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子アレイと、前記光学素子に対応する画像を表示する表示素子とを備えるインテグラルフォトグラフィ方式又は多眼方式の立体像表示装置であって、
   前記表示素子は、所定の大きさを有する画素で構成され、
   前記表示素子の画素から前記光学素子に到る光線の光路上に配置され、所定の大きさを有する前記画素からの光線の広がりを抑制する光線幅抑制部材を前記画素毎に備え、
   前記画素は、
   自発光型の光源と、
   前記光源からの光を集光する集光光学系と、
   前記光線幅抑制部材として、前記集光光学系の焦点位置に配置されたピンホールと、を備え、
   前記ピンホールの開口部は、前記光学素子の回折限界まで小さくしたことを特徴とする立体像表示装置。
3. 前記集光光学系の直径Ｗ１と、前記集光光学系から前記ピンホールまでの距離Ｌ１と、前記ピンホールから前記光学素子までの距離Ｌ２と、インテグラルフォトグラフィ方式の場合に前記光学素子の直径Ｗ２又は多眼方式の場合に前記ピンホールの開口部の直径Ｗ２とが、以下の式（２）を満たす
   

   

   …式（２）
   ことを特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
4. 複数の光学素子が２次元状に配列された光学素子アレイと、前記光学素子に対応する画像を表示する表示素子とを備える立体像表示装置であって、
   前記表示素子は、所定の大きさを有する画素で構成され、
   前記表示素子の画素から前記光学素子に到る光線の光路上に配置され、所定の大きさを有する前記画素からの光線の広がりを抑制する光線幅抑制部材を前記画素毎に備え、
   前記画素は、
   自発光型の光源と、
   前記光源からの光を平行光に変換するコリメータと、
   前記コリメータからの光を集光する第１集光光学系と、
   前記光線幅抑制部材として、前記第１集光光学系の焦点位置に配置された第１ピンホールと、を備え、
   前記コリメータは、
   前記光源からの光を集光する第２集光光学系と、
   前記光線幅抑制部材として、前記第２集光光学系の焦点位置に配置された第２ピンホールと、
   前記第２ピンホールを通過した光を平行光に変換するコリメータレンズと、を備えることを特徴とする立体像表示装置。

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