WO2022124194A1 - 裸眼立体画像表示装置、及び裸眼立体画像表示方法 - Google Patents

裸眼立体画像表示装置、及び裸眼立体画像表示方法 Download PDF

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WO2022124194A1
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eye
linear fresnel
fresnel lens
condensing system
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PCT/JP2021/044278
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英紀 掛谷
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国立大学法人筑波大学
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
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    • G—PHYSICS
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    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • G02B30/29—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays characterised by the geometry of the lenticular array, e.g. slanted arrays, irregular arrays or arrays of varying shape or size
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/32—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using arrays of controllable light sources; using moving apertures or moving light sources

Definitions

  • the present invention relates to a naked-eye stereoscopic image display device and a naked-eye stereoscopic image display method.
  • a naked-eye stereoscopic image display device which is an image display device that allows an image to be viewed stereoscopically without using glasses.
  • a time-division directional backlight type autostereoscopic display using a lens array and a directional diffuser having a directivity in the vertical direction is known in order to make the brightness of the image display surface uniform.
  • a naked-eye stereoscopic image display device that does not use a directional diffuser, for example, a condensing system array in which Fresnel lenses are alternately arranged with prism units consisting of lenses having different focal points for each groove is arranged in front of the image display surface. Therefore, there is known a naked-eye stereoscopic image display device in which the seams of the element lenses of the lens array are made inconspicuous (Patent Document 3).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-161035 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-153705.
  • the present invention has been made in view of the above points, and in a naked-eye stereoscopic image display device, a naked-eye stereoscopic image capable of presenting a high-resolution stereoscopic image by making the brightness of the image display surface uniform without using a directional diffuser.
  • An image display device and a naked-eye stereoscopic image display method are provided.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and one aspect of the present invention is an image display unit that displays a right-eye image and a left-eye image on a transmissive image display surface in a time-divided manner.
  • An irradiation unit that irradiates the image display surface with illumination light from the back surface of the image display surface by a plurality of point light sources arranged in a matrix on the illumination arrangement surface and blinking according to the time division.
  • a condensing system array unit having a plurality of element condensing system regions arranged in a plane shape is provided, and the condensing system array unit is arranged between the image display surface and the illumination arrangement surface, and is described.
  • the distance between the condensing system array unit and the illumination arrangement surface is substantially equal to the focal distance of the element condensing system region, and the condensing system array unit is bordered from the vicinity of the center of the adjacent element condensing system region. It is a naked-eye stereoscopic image display device having a contact area, which is a region where parts of the adjacent element condensing system regions coexist in a region up to the vicinity.
  • one aspect of the present invention is the linear Fresnel having a structure in which a plurality of linear Fresnel lenses are periodically arranged so that the directions of the grooves are aligned with each other in the condensing system array portion in the above-mentioned naked-eye stereoscopic image display device.
  • the linear Fresnel lens array is provided with a lens array, and the linear Fresnel lens array is arranged with the direction of the groove in the vertical direction, and the meeting area is configured by mixing portions of the adjacent linear Fresnel lenses.
  • the condensing system array unit includes two linear Fresnel lens arrays, and the two linear Fresnel lens arrays have the linear Fresnel lens array.
  • the linear Fresnel lens included in the lens array is arranged so as to be orthogonal to each other with respect to the direction of the groove, and the element condensing system region is a portion where the orthogonal linear Fresnel lenses overlap.
  • the contact areas are alternately arranged for each groove of the linear Fresnel lens, each of the portions of the linear Fresnel lens constituting the contact area. It is composed.
  • one aspect of the present invention further includes an eye position detecting unit for detecting the position of the observer's eye in the above-mentioned naked-eye stereoscopic image display device, and the irradiation unit is the eye position for one or more observers. Based on the positions of the left eye of the one or more observers or the right eye of the one or more observers detected by the detection unit, the area in front of the image display surface of the one or more observers. The directional backlight is applied only to the vicinity of the left eye or only the vicinity of the right eye of the one or more observers.
  • one aspect of the present invention includes an image display step of displaying an image for the right eye and an image for the left eye on a transmissive image display surface by time division, and the time division arranged in a matrix on an illumination arrangement surface. It has an irradiation step of irradiating the image display surface with illumination light from the back surface of the image display surface by a plurality of point light sources blinking in response to the above, and a plurality of element condensing system regions arranged in a plane. It has a condensing system array step that makes the illumination light substantially parallel by the condensing system array, and the condensing system array is arranged between the image display surface and the illumination arrangement surface, and the condensing system array is arranged.
  • the distance between the system array and the illumination arrangement surface is substantially equal to the focal distance of the element condensing system region, and the condensing system array is a region from the vicinity of the center of the adjacent element condensing system region to the vicinity of the boundary.
  • it is a naked-eye stereoscopic image display method having an intertwined region, which is a region where the portions of the adjacent element condensing system regions coexist.
  • one aspect of the present invention further includes an eye position detection step for detecting the position of the observer's eye in the above-mentioned naked eye stereoscopic image display method, and the irradiation step is the eye for one or more observers.
  • the irradiation step is the eye for one or more observers.
  • One or more observers in the area in front of the image display surface based on the positions of the left eye of the one or more observers or the right eye of the one or more observers detected by the position detection step.
  • the directional backlight is applied only to the vicinity of the left eye of the observer or only the vicinity of the right eye of the one or more observers.
  • the brightness of the image display surface can be made uniform without using a directional diffuser.
  • FIG. 1 shows an XYZ Cartesian coordinate system, which is a three-dimensional Cartesian coordinate system, for convenience of explanation.
  • the direction of the Y axis is vertically upward.
  • the direction parallel to the Y axis is also referred to as the vertical direction.
  • the direction of the Y-axis is also called upward.
  • the direction opposite to the direction of the Y axis is also called downward.
  • the positive side in the Y-axis direction is also referred to as the upper side
  • the negative side in the Y-axis direction is also referred to as the lower side.
  • the direction parallel to the Z axis is also called the depth direction.
  • the positive side in the Z-axis direction is also referred to as the front side, and the negative side in the Z-axis direction is also referred to as the back side.
  • the direction parallel to the X-axis is also called the left-right direction.
  • the positive side in the direction of the X-axis is also referred to as the right side, and the negative side in the direction of the X-axis is also referred to as the left side.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the naked-eye stereoscopic image display device 1 according to the present embodiment.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 is a naked-eye stereoscopic image display device that displays a right-eye image and a left-eye image in a time-divided manner using a directional backlight, and displays a stereoscopic image that makes the image stereoscopic. Is.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 includes an image display unit 11, an irradiation unit 12, a condensing system array unit 13, and a control device 14.
  • the irradiation unit 12 includes an illumination arrangement control unit 121, a light source unit 122, and an eye position detection device 20.
  • the image display unit 11, the condensing system array unit 13, the lighting arrangement control unit 121, and the light source unit 122 are arranged in the order of the image display unit 11, the condensing system array unit 13, the lighting arrangement control unit 121, and the light source unit 122 from the front side.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 is provided on the back side.
  • the observer P1 observes the image display unit 11 from the front side.
  • the eye position detecting device 20 is installed above the image display unit 11 as an example.
  • the image display unit 11 includes a transmissive image display surface D1 in which a plurality of display elements are arranged in a matrix.
  • the image display unit 11 includes, for example, a transmissive liquid crystal display (Liquid Crystal Display: LCD).
  • the image display unit 11 displays an image for the right eye and an image for the left eye on the image display surface D1 in a time-division manner.
  • the irradiation unit 12 irradiates the image display surface D1 with illumination light from the back surface of the image display surface D1.
  • the irradiation unit 12 is an irradiation device that irradiates each of the pixels arranged on the image display surface D1 with illumination light in response to a request from the control device 14.
  • the illumination arrangement control unit 121 includes an illumination arrangement surface D2 that variably controls the arrangement of the illumination light applied to the image display surface D1 from the back surface of the image display surface D1 with respect to the image display surface D1.
  • a plurality of illumination arrangement control elements are arranged in a matrix on the illumination arrangement surface D2.
  • the illumination arrangement control unit 121 includes, for example, a transmissive LCD.
  • the light source unit 122 irradiates the back surface of the illumination arrangement surface D2 with illumination light.
  • the light source unit is, for example, a backlight using an LED (Light Lighting Diode).
  • the light source unit irradiates each of the plurality of illumination arrangement control elements arranged in a matrix on the illumination arrangement surface D2 with illumination light of one of three colors of white, red, green, and blue.
  • Each of the plurality of illumination arrangement control elements irradiates the image display surface D1 with illumination light of the color of the emitted illumination light.
  • the plurality of illumination arrangement control elements are an example of a plurality of point-like light sources arranged in a matrix on the illumination arrangement surface and blinking according to time division.
  • the light source unit may be a backlight using another light source instead of the LED.
  • the illumination arrangement control unit 121 may include a self-luminous dot-matrix LED display device having a function of irradiating illumination light instead of providing a transmissive LCD and a light source unit.
  • the illumination arrangement control unit 121 may be a liquid crystal panel capable of displaying a color image (that is, a color liquid crystal panel), or may be a liquid crystal panel capable of displaying only a black-and-white image (that is, a monochrome liquid crystal panel). good.
  • the condensing system array unit 13 is arranged between the image display surface D1 and the illumination arrangement surface D2.
  • the condensing system array unit 13 converts the illumination light incident from the irradiation unit 12 into parallel light and emits it to the image display surface D1 side. That is, the condensing system array unit 13 generates a directional backlight.
  • the condensing system array unit 13 includes a convex lens array A1.
  • the convex lens array A1 includes a plurality of element lenses E1 arranged in a plane.
  • the element lens E1 is an example of an element condensing system region.
  • the distance between the illumination arrangement surface D2 and the convex lens array A1 is substantially equal to the focal length of each of the plurality of element lenses E1. Therefore, when the illumination light emitted from the irradiation unit 12 is incident, the condensing system array unit 13 converts the illumination light into parallel light and emits the illumination light to the side of the image display surface D1.
  • the illumination light emitted from the intersection of the line segment connecting the eye of the observer P1 and the center of the element lens E1 and the illumination arrangement surface D2 is regarded as a ray having directionality by the condensing system array unit 13 as the observer P1. It is incident on each of the right eye or the left eye of.
  • the intersection of the line segment connecting the eye and the center of the element lens E1 and the illumination arrangement surface D2 increases according to the number of observers, so that the illumination light is irradiated on the illumination arrangement surface D2.
  • the focal length of each of the plurality of element lenses E1 is common among the plurality of element lenses E1.
  • the eye position detecting device 20 detects the position of the eye of the observer P1.
  • the eye position detecting device 20 is installed in the upper part of the image display unit 11 and captures an image including the face of the observer P1 on the front side from the own device.
  • the eye position detecting device 20 detects the position of the eye of the observer P1 from the captured image by using an image recognition technique or the like.
  • the eye position detection device 20 outputs information indicating the position of the eyes of the detected observer P1 (for example, coordinates in a three-dimensional Cartesian coordinate system) to the control device 14.
  • the eye position detection device 20 may output the captured image to the control device 14. In that case, the control device 14 detects the position of the eye of the observer P1 from the image captured by the eye position detecting device 20 by using an image recognition technique or the like.
  • the control device 14 controls the entire naked-eye stereoscopic image display device 1.
  • the control device 14 displays the image for the right eye and the image for the left eye on the image display surface D1 based on the time division pattern. Further, the control device 14 controls a plurality of illumination arrangement control elements arranged on the illumination arrangement surface D2 based on the position of the eyes of the observer P1 and the time division pattern.
  • the control device 14 switches between a position where the illumination light is irradiated and a position where the illumination light is not irradiated on the illumination arrangement surface D2 in each time-division frame.
  • the control device 14 determines the position to irradiate the illumination light on the illumination arrangement surface D2 based on the position of the eyes of the observer P1.
  • the control device 14 switches whether the directional backlight is incident on the right eye or the left eye of the observer P1.
  • the control device 14 displays the image for the right eye on the image display surface D1 based on the time division pattern
  • the control device 14 causes the directional backlight to be incident on the right eye of the observer P1.
  • the control device 14 displays the image for the left eye on the image display surface D1 based on the time division pattern
  • the control device 14 causes the directional backlight to be incident on the left eye of the observer P1.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 realizes stereoscopic viewing by the naked eye.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first example of the irradiation method of the directional backlight according to the present embodiment.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 shown in FIG. 2 has the same configuration as the naked-eye stereoscopic image display device 1 shown in FIG.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 irradiates the backlight R2 as a directional backlight toward the front side (positive side in the Z-axis direction) of the image display surface D1.
  • FIG. 2 shows, as an example, a case where two observers, an observer P2-1 and an observer P2-2, each observe the image display surface D1 from the front side.
  • the control device 14 provided in the naked-eye stereoscopic image display device 1 is directed to either the right eye or the left eye of the observer P2-1 based on the position of the eyes of the observer P2-1. Switch whether to make the sex backlight incident.
  • the control device 14 displays the image for the right eye on the image display surface D1 based on the time division pattern
  • the control device 14 causes the directional backlight to be incident on the right eye of the observer P2-1.
  • the control device 14 is in the vicinity of the right eye of the observer P2-1 and in the vicinity of the left eye of the observer P2-1 from the region on the front side of the image display surface D1.
  • the backlight R2 is irradiated to the area other than the above.
  • the control device 14 displays the image for the right eye on the left eye of the observer P2-1 based on the time division pattern, as in the case of displaying the image for the right eye.
  • a directional backlight is incident.
  • the control device 14 is in the vicinity of the left eye of the observer P2-1 and in the vicinity of the right eye of the observer P2-1 from the region on the front side of the image display surface D1.
  • the backlight R2 is irradiated to the area other than the above.
  • the control device 14 When the backlight R2 is incident on the right eye and the left eye of the observer P2-2, the control device 14 backs up as in the case where the backlight R2 is incident on the right eye and the left eye of the observer P2-1. Irradiate the light R2. That is, when the control device 14 displays the image for the right eye on the image display surface D1, the vicinity of the right eye of the observer P2-1, the vicinity of the right eye of the observer P2-2, and the image display surface D1. The backlight R2 is irradiated to the region excluding the vicinity of the left eye of the observer P2-1 and the vicinity of the left eye of the observer P2-2 from the region on the front side.
  • the control device 14 displays the image for the right eye on the image display surface D1, the observer on the front side (that is, the front surface) of the image display surface D1
  • the directional backlight is applied to the area excluding the vicinity of the left eye of the observer from the entire area including the vicinity of the right eye.
  • the control device 14 displays the image for the left eye on the image display surface D1, the left side of the observer on the front side (that is, the front surface) of the image display surface D1.
  • the directional backlight is applied to the area excluding the vicinity of the observer's right eye from the entire area including the vicinity of the eye.
  • the control device 14 has the left eye of the one or more observers detected by the eye position detection device 20 or the one or more of the observers for one or more observers. Based on the position of each of the observer's right eyes, all of the area in front of the image display surface D1 except the vicinity of the left eye of the one or more observers or the vicinity of the right eye of the one or more observers. Irradiate the area with a directional backlight.
  • FIG. 3 is a diagram showing a second example of the irradiation method of the directional backlight according to the present embodiment.
  • the control device 14 irradiates only the vicinity of the observer's left eye or the vicinity of the observer's right eye with the directional backlight.
  • FIG. 3 shows, as an example, a case where two observers, an observer P3-1 and an observer P3-2, each observe the image display surface D1 from the front side.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-1 as a directional backlight only in the vicinity of the left eye of the observer P3-1 or only in the vicinity of the right eye of the observer P3-1.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-1 only in the vicinity of the right eye of the observer P3-1.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-1 only in the vicinity of the left eye of the observer P3-1.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-2 as a directional backlight only in the vicinity of the left eye of the observer P3-2 or only in the vicinity of the right eye of the observer P3-2.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-2 only in the vicinity of the right eye of the observer P3-2.
  • the control device 14 irradiates the backlight R3-2 only in the vicinity of the left eye of the observer P3-2.
  • the control device 14 has the left eye of the one or more observers detected by the eye position detecting device 20 or the one or more of the observers for one or more observers. Based on the position of each of the observer's right eyes, in the area in front of the image display surface D1, only in the vicinity of the left eye of the one or more observers, or only in the vicinity of the right eye of the one or more observers. Illuminate a directional backlight.
  • the eye position detecting device 20 is an example of an eye position detecting unit that detects the position of the observer's eye.
  • the directional backlight irradiation method shown in FIG. 2 described above requires a luminous flux proportional to the square of the size of the image display surface D1.
  • the power of the light source that occupies most of the display power that is, the power consumption of the light source unit 122 shown in FIG. 1 expands the size of the image display surface D1, it is proportional to the square of the size. Will increase.
  • the method of irradiating the directional backlight shown in FIG. 2 is, so to speak, the same as the method of irradiating the illumination light in a conventional display (in other words, the method of projecting an image).
  • the directional backlight is irradiated only in the vicinity of the observer's left eye or only in the vicinity of the observer's right eye, so that the number of observers increases.
  • the power of the light source increases in proportion to the above, the power consumption of the light source can be significantly reduced as compared with the directional backlight irradiation method shown in FIG. That is, in the directional backlight irradiation method shown in FIG. 3, the area in front of the image display surface D1 is directed to all areas except the vicinity of the observer's left eye or the vicinity of the observer's right eye.
  • the power consumption of the light source can be significantly reduced as compared with the case of irradiating the sex backlight.
  • the convex lens array A1 includes a plurality of linear Fresnel lenses. Before explaining the linear Fresnel lens provided in the convex lens array A1, first, a conventional linear Fresnel lens will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the conventional linear Fresnel lens L10.
  • the linear Fresnel lens L10 is configured by arranging a plurality of columnar prisms in a direction perpendicular to the height direction. In the linear Fresnel lens L10, a linear groove is formed by adjacent prisms.
  • FIG. 5 shows a cross section S10 of the conventional linear Fresnel lens L10. The cross section S10 is obtained by dividing a columnar convex lens in a direction perpendicular to the optical axis and reducing the thickness while leaving only a portion near the surface.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a cross section S1 of the linear Fresnel lens L1 according to the present embodiment.
  • the cross section S1 is symmetrical.
  • the cross section S1 may be asymmetrical.
  • the linear Fresnel lens L1 is formed by arranging the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 side by side so as to be adjacent to each other on the left and right sides by providing a region C1 in which the linear Fresnel lens L2 meets the linear Fresnel lens L3.
  • Both the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 have the same shape as the conventional linear Fresnel lens L10.
  • the right region P2 which is a region on the right half from the center of the linear Fresnel lens L2, and the left region P3, which is a region on the left half from the center of the linear Fresnel lens L3, overlap each other. That is, the position of the center of the linear Fresnel lens L2 and the position of the boundary on the left side of the linear Fresnel lens L3 coincide with each other, and the position of the center of the linear Fresnel lens L3 and the position of the boundary on the right side of the linear Fresnel lens L2 are one. I am doing it.
  • the meeting area C1 is provided in the area where the right area P2 and the left area P3 overlap. That is, the meeting region C1 is provided in the region from the center to the boundary of the adjacent linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3.
  • the meeting region C1 is a region in which a portion included in the right region P2 of the linear Fresnel lens L2 and a portion included in the left region P3 of the linear Fresnel lens L3 are mixed.
  • the columnar prisms constituting the linear Fresnel lens L2 included in the right region P2 and the columnar prisms constituting the linear Fresnel lens L3 included in the left region P3 are respectively.
  • the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 are alternately arranged in each groove. According to this arrangement, the grooves of the linear Fresnel lens L2 and the grooves of the linear Fresnel lens L3 are aligned with each other.
  • the width of each prism arranged in the meeting region C1 is set to a value sufficiently fine (around several tens to several hundreds of micrometers in width) with respect to the width of the linear Fresnel lens L1.
  • the columnar prisms constituting the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 are alternately arranged in the contact area C1 in a back-to-back direction with the bottom surfaces of the prisms aligned with each other.
  • a triangular symmetrical mountain is formed in the center of the meeting area C1.
  • the inclination of the slope of the mountain formed in the central portion of the meeting area C1 becomes steeper from the left side to the right side of the meeting area C1 in the portion formed by the right area P2 of the linear Fresnel lens L2.
  • the inclination of the slope of the mountain becomes gentler from the left side to the right side of the meeting region C1 in the portion formed by the left region P3 of the linear Fresnel lens L3.
  • the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 may be overlapped with each other at a different position from the case shown in FIG. 6, and a triangular symmetrical valley may be formed in the central portion of the meeting region C1 in the cross section S1.
  • the width of the lens in the meeting region may be wider as the prism angle is gentler and narrower as the prism angle is steeper. This has the effect of increasing the effect of making the brightness uniform, and also has the effect of bringing the tip position of the prism closer.
  • FIG. 7A shows the configuration of the lens in the contact area before the width of the contact lens is narrowed as the prism angle is gentler and steeper.
  • the linear Fresnel lens L1 is formed by arranging the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 side by side adjacent to each other on the left and right sides. Since the linear Fresnel lens L1 is provided with the contact area C1, the boundary between the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 is less noticeable than the case where the contact area C1 is not provided.
  • FIG. 8 and 9 show the details of the configuration of the convex lens array A1 shown in FIG. FIG. 8 shows a side view, and FIG. 9 shows a top view.
  • the convex lens array A1 includes a horizontal lens array A11 and a vertical lens array A12.
  • the horizontal lens array A11 and the vertical lens array A12 are arranged so as to be overlapped with each other in the depth direction (Z-axis direction).
  • the horizontal lens array A11 and the vertical lens array A12 have the same shape.
  • the horizontal lens array A11 and the vertical lens array A12 each have a plurality of linear Fresnel lenses L1 described in FIG. 6 and are periodically arranged so that the directions of the grooves are aligned with each other.
  • a plurality of linear Fresnel lenses L1 are periodically arranged so that the directions of the grooves are aligned with each other. It is arranged repeatedly.
  • the linear Fresnel lens L2 or the linear Fresnel lens L3 constituting the linear Fresnel lens L1 corresponds to the element lens E1.
  • the linear Fresnel lens L1 corresponds to the element lens of the lens array.
  • the linear Fresnel lens L1 is composed of the contact region C1 as described with reference to FIG.
  • the horizontal lens array A11 and the vertical lens array A12 are arranged so as to be orthogonal to each other with respect to the direction of the groove of the linear Fresnel lens included in each.
  • the element lens E1 is a portion where the linear Fresnel lens L1 included in the horizontal lens array A11 and the linear Fresnel lens L1 included in the vertical lens array A12 overlap.
  • the overlapping portion is formed by overlapping the contact region C1 of the linear Fresnel lens L1 included in the horizontal lens array A11 and the contact region C1 of the linear Fresnel lens L1 included in the vertical lens array A12.
  • the contact area C1 is a region in which the portions of the adjacent element lenses E1 coexist in the region from the center to the boundary of the adjacent element lenses E1. That is, the condensing system array unit 13 has an contact region C1 which is a region in which the portions of the adjacent element lenses E1 coexist in a region from the center to the boundary of the adjacent element lenses E1.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the brightness of the backlight when the convex lens array A1 according to the present embodiment is used.
  • 10 (A), (B), and (C) are diagrams for explaining a linear Fresnel lens array in which conventional linear Fresnel lenses are arranged as a comparative example with the present embodiment.
  • 10 (D), (E), and (F) are diagrams for explaining the convex lens array A1 according to the present embodiment.
  • FIG. 10A two linear Fresnel lens arrays are arranged so as to be orthogonal to each other with respect to the direction of the groove of the linear Fresnel lens to form a convex lens array.
  • Conventional linear Fresnel lenses are lined up in each of the two linear Fresnel lens arrays.
  • the arrangement of the linear Fresnel lenses shown in FIG. 10A is equivalent to the arrangement of the spherical lenses arranged in a grid pattern as shown in FIG. 10B as the distribution of the brightness of the backlight.
  • the arrangement of the linear Fresnel lens shown in FIG. 10A corresponds to a lens array having a spherical lens as an element lens.
  • the brightness of the backlight has a distribution that reflects the shape of the spherical lens as shown in FIG. 10C, and is not uniform.
  • the vicinity of the periphery tends to be darker than the vicinity of the center. That is, in the conventional linear Fresnel lens L10, there is a difference in brightness between the vicinity of the center and the vicinity of the periphery.
  • FIG. 10D shows the arrangement of linear Fresnel lenses in the convex lens array A1.
  • the arrangement of the linear Fresnel lenses shown in FIG. 10 (D) is optically equal to the arrangement in which the spherical lenses are arranged in a grid pattern with a portion where the spherical lenses overlap each other as shown in FIG. 10 (E).
  • a region formed by overlapping a plurality of spherical lenses from the center to a boundary portion corresponds to an element lens.
  • the linear Fresnel lens that is, the convex lens array A1) shown in FIG. 10 (D)
  • the brightness of the backlight does not have a portion where the spherical lenses overlap each other as shown in FIG. 10 (F). It becomes uniform compared to.
  • the convex lens array A1 includes a horizontal lens array A11 and a vertical lens array A12 which are vertically stacked with respect to a groove of a linear Fresnel lens has been described, but the present invention is not limited to this. ..
  • the convex lens array A1 may include only the vertical lens array A12. That is, the convex lens array A1 may include only a linear Fresnel lens array in which the grooves of the linear Fresnel lens are arranged in the vertical direction.
  • the convex lens array A1 is an orthogonally stacked horizontal lens array A11 and a vertical lens in order to enable stereoscopic viewing. It is preferable to include the array A12.
  • the contact region C1 is from the right region P2, which is a region on the right half of the center of the linear Fresnel lens L2 adjacent to the left and right to form the linear Fresnel lens L1, and the center of the linear Fresnel lens L3.
  • An example of the case where the left region P3, which is the left half region, overlaps with each other has been described. That is, in the present embodiment, the case where the encounter region C1 is the entire region of the linear Fresnel lens L1 and the encounter region C1 forms the element lens has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the contact region C1 may be configured such that the region on the right side from the vicinity of the center of the linear Fresnel lens L2 to the vicinity of the boundary and the region on the left side from the vicinity of the center of the linear Fresnel lens L3 to the vicinity of the boundary overlap each other.
  • the contact region C1 is formed in the entire region of the linear Fresnel lens L1.
  • the contact area C1 is configured by alternately arranging the portions of the linear Fresnel lens constituting the contact area C1 for each groove of the linear Fresnel lens.
  • the contact area C1 may be configured such that the portions of the linear Fresnel lens constituting the contact area C1 are alternately arranged in units of a length narrower or wider than the width of the groove of the linear Fresnel lens.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 includes an image display unit 11, an irradiation unit 12, and a condensing system array unit 13.
  • the image display unit 11 displays the image for the right eye and the image for the left eye on the transmissive image display surface D1 in a time-division manner.
  • the irradiation unit 12 displays an image from the back surface of the image display surface D1 by a plurality of point light sources (illumination arrangement control elements in the present embodiment) arranged in a matrix on the illumination arrangement surface D2 and blinking according to time division. Illumination light is applied to the surface D1.
  • the condensing system array unit 13 has a plurality of element condensing system regions (element lens E1 in the present embodiment) arranged in a plane.
  • the condensing system array unit 13 is arranged between the image display surface D1 and the illumination arrangement surface D2, and the distance between the condensing system array unit 13 and the illumination arrangement surface D2 is the element condensing system region (the present embodiment). Is substantially equal to the focal length of the element lens E1).
  • the condensing system array unit 13 enters a region from the vicinity of the center to the vicinity of the boundary of the adjacent element condensing system region (in the present embodiment, the element lens E1, that is, the linear Fresnel lens L2 or the linear Fresnel lens L3), and the region C1.
  • the meeting region C1 is a region in which the portions of the adjacent element condensing system regions (in the present embodiment, the right region P2 of the linear Fresnel lens L2 and the left region P3 of the linear Fresnel lens L3) coexist.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 can average the difference in luminance between the vicinity of the center of the element condensing system region and the vicinity of the boundary, and thus is oriented in the naked-eye stereoscopic image display device. It is possible to present a high-resolution stereoscopic image by making the brightness of the image display surface uniform without using a sex diffuser.
  • the conventional naked-eye stereoscopic image display device see, for example, Patent Document 3
  • since the liquid crystal display is arranged behind the lens, there is a problem that the resolution of the presented image is lowered.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 according to the present embodiment can present a stereoscopic image having a higher resolution than when a liquid crystal display is arranged behind the lens.
  • the conventional naked-eye stereoscopic image display device using a directional backlight uses a directional diffuser in the vertical direction
  • cross talk which is a phenomenon in which the image for the right eye and the image for the left eye are mixed
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 does not require a directional diffuser in the vertical direction, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 does not require a directional diffuser in the vertical direction, the thickness in the depth direction can be reduced as compared with the case where the directional diffuser is provided.
  • the power consumption can be reduced as compared with the case where the directional diffuser in the vertical direction is provided.
  • a plurality of linear Fresnel lenses in the present embodiment, the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3 have the directions of the grooves of each other.
  • a linear Fresnel lens array in the present embodiment, a vertical lens array A12 having an aligned and periodically arranged structure is provided.
  • the linear Fresnel lens array in this embodiment, the vertical lens array A12 is arranged with the groove direction of the linear Fresnel lens in the vertical direction.
  • the contact area C1 is configured by mixing the portions of adjacent linear Fresnel lenses (in the present embodiment, the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3).
  • the brightness of the image display surface can be made uniform by using a linear Fresnel lens without using a directional diffuser in the vertical direction.
  • the condensing system array unit 13 includes two linear Fresnel lens arrays (horizontal lens array A11 and vertical lens array A12 in the present embodiment).
  • the two linear Fresnel lens arrays are the linear Fresnel lenses included in the linear Fresnel lens array (in the present embodiment, the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel).
  • the lenses L3) are overlapped and arranged so as to be orthogonal to each other with respect to the direction of the groove.
  • the element condensing system region includes an orthogonal linear Fresnel lens (in the present embodiment, a linear Fresnel lens L2 or a linear Fresnel lens L3 included in the horizontal lens array A11, and a vertical lens array. It is a portion where the linear Fresnel lens L2 or the linear Fresnel lens L3) included in A12 overlaps.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 In the naked-eye stereoscopic image display device 1 according to the present embodiment, stereoscopic viewing is possible even when the observer P1 tilts his / her head with respect to the image display surface D1.
  • a directional diffuser in the vertical direction vertical direction in the present embodiment
  • the respective visual fields for the eye and the left eye were widened only in the vertical direction. Therefore, when the observer P1 tilts his / her head with respect to the image display surface D1, stereoscopic vision may not be possible.
  • the contact area C1 is a portion of each of the linear Fresnel lenses (in the present embodiment, the linear Fresnel lens L2 and the linear Fresnel lens L3) constituting the contact area. It is configured to be arranged alternately in each groove of the linear Fresnel lens. With this configuration, in the naked-eye stereoscopic image display device 1 according to the present embodiment, the contact area C1 can be configured by using the groove of the linear Fresnel lens, so that the contact area C1 can be easily formed.
  • a linear Fresnel lens is used for the convex lens array A1
  • the present invention is not limited to this.
  • the element lens constituting the convex lens array A1 a normal Fresnel lens having rotational symmetry may be used.
  • a Fresnel lens that is rotationally symmetric is used as an element lens, for example, the Fresnel lenses that are adjacent to each other are arranged in a grid pattern so that one boundary is in contact with the center of the other half circle and they overlap each other. The lens. It suffices to form the contact area as described above in the area where the adjacent Fresnel lenses overlap each other.
  • a zone plate may be used as an element lens in addition to the linear Fresnel lens or the rotationally symmetric Fresnel lens.
  • the zone plates are arranged in a grid pattern so that adjacent zone plates are overlapped with each other so that one boundary is in contact with the center of the other semicircle.
  • a pattern is formed by the light transmitting region and the light blocking region in the region having the period or regularity of both of the adjacent zone plates as the contact region.
  • the naked-eye stereoscopic image display device 1 is suitably used for a three-dimensional display for medical use and a head-up display for automobiles.

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Abstract

裸眼立体画像表示装置は、透過型の画像表示面に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する画像表示部と、照明配置面にマトリクス状に配置されて時分割に応じて点滅する複数の点状光源によって、画像表示面の背面から画像表示面に対して照明光を照射する照射部と、平面状に配置された複数の要素集光系領域を有する集光系アレイ部と、を備え、集光系アレイ部は、画像表示面と照明配置面との間に配置され、集光系アレイ部と照明配置面との間の距離は要素集光系領域の焦点距離に略等しく、集光系アレイ部は、隣接する要素集光系領域の中心付近から境界付近までの領域に、当該隣接する要素集光系領域の部分同士が混在する領域である入り会い領域を有する。

Description

裸眼立体画像表示装置、及び裸眼立体画像表示方法
　本発明は、裸眼立体画像表示装置、及び裸眼立体画像表示方法に関する。
　本願は、２０２０年１２月７日に、日本に出願された特願２０２０－２０２６７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、眼鏡を使用せずに画像を立体視させる画像表示装置である裸眼立体画像表示装置についての研究や開発が行われている。裸眼立体画像表示装置において、画像表示面の輝度を一様とするために、レンズアレイと垂直方向に指向をもつ指向性拡散板とを用いた時分割指向性バックライト式裸眼立体ディスプレイが知られている（特許文献１、２）。また、指向性拡散板を用いない裸眼立体画像表示装置として、例えば、フレネルレンズを溝毎に異なる焦点をもつレンズからなるプリズムユニットを交互に並べた集光系アレイを画像表示面の前面に配置して、レンズアレイの要素レンズの継ぎ目を目立たないようにした裸眼立体画像表示装置が知られている（特許文献３）。
特開２０１３－１６１０３５号公報 特開２０１４－１５３７０５号公報 特開２０１６－１８１０８号公報
　特許文献１、２に記載されるような従来の時分割指向性バックライト式裸眼立体ディスプレイでは、垂直方向に指向をもつ指向性拡散板を用いていたため、観察者が画像表示面に対して頭部を傾けると立体視ができなくなる場合があった。また、従来の時分割指向性バックライト式裸眼立体ディスプレイでは、指向性拡散板のために右眼用画像と左眼用画像とが混ざるクロストークが大きくなり、装置の奥行方向の厚さを薄くすることが難しかった。また、特許文献３に記載されるような裸眼立体画像表示装置では、レンズの背後に液晶ディスプレイが配置されていたため、提示像の解像度が低下するという問題があった。
　裸眼立体画像表示装置において、指向性拡散板を用いることなく画像表示面の輝度を一様にして高解像度の立体画像を提示することが求められていた。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、裸眼立体画像表示装置において、指向性拡散板を用いることなく画像表示面の輝度を一様にして高解像度の立体画像を提示できる裸眼立体画像表示装置、及び裸眼立体画像表示方法を提供する。
　本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、透過型の画像表示面に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する画像表示部と、照明配置面にマトリクス状に配置されて前記時分割に応じて点滅する複数の点状光源によって、前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して照明光を照射する照射部と、平面状に配置された複数の要素集光系領域を有する集光系アレイ部と、を備え、前記集光系アレイ部は、前記画像表示面と前記照明配置面との間に配置され、前記集光系アレイ部と前記照明配置面との間の距離は前記要素集光系領域の焦点距離に略等しく、前記集光系アレイ部は、隣接する前記要素集光系領域の中心付近から境界付近までの領域に、当該隣接する要素集光系領域の部分同士が混在する領域である入り会い領域を有する裸眼立体画像表示装置である。
　また、本発明の一態様は、上記の裸眼立体画像表示装置において、前記集光系アレイ部は、複数のリニアフレネルレンズが溝の方向を互いに揃えて周期的に配置された構造を持つリニアフレネルレンズアレイを備え、前記リニアフレネルレンズアレイは、前記溝の方向を上下方向にして配置され、前記入り会い領域は、隣接する前記リニアフレネルレンズの部分同士が混在して構成される。
　また、本発明の一態様は、上記の裸眼立体画像表示装置において、前記集光系アレイ部は、２枚の前記リニアフレネルレンズアレイを備え、２枚の前記リニアフレネルレンズアレイは、当該リニアフレネルレンズアレイに含まれる前記リニアフレネルレンズの溝の方向について直交させて重ねられて配置され、前記要素集光系領域は、直交する前記リニアフレネルレンズが重なった部分である。
　また、本発明の一態様は、上記の裸眼立体画像表示装置において、前記入り会い領域は、当該入り会い領域を構成する前記リニアフレネルレンズの部分それぞれが当該リニアフレネルレンズの溝毎に交互に配置されて構成される。
　また、本発明の一態様は、上記の裸眼立体画像表示装置において、観察者の眼の位置を検出する眼位置検出部をさらに備え、前記照射部は、１以上の観察者について、前記眼位置検出部によって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、前記画像表示面の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍のみ、または当該１以上の観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する。
　また、本発明の一態様は、透過型の画像表示面に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する画像表示ステップと、照明配置面にマトリクス状に配置されて前記時分割に応じて点滅する複数の点状光源によって、前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して照明光を照射する照射ステップと、平面状に配置された複数の要素集光系領域を有する集光系アレイによって前記照明光を略平行にする集光系アレイステップと、を有し、前記集光系アレイは、前記画像表示面と前記照明配置面との間に配置され、前記集光系アレイと前記照明配置面との間の距離は前記要素集光系領域の焦点距離に略等しく、前記集光系アレイは、隣接する前記要素集光系領域の中心付近から境界付近までの領域に、当該隣接する要素集光系領域の部分同士が混在する領域である入り会い領域を有する裸眼立体画像表示方法である。
　また、本発明の一態様は、上記の裸眼立体画像表示方法において、観察者の眼の位置を検出する眼位置検出ステップをさらに有し、前記照射ステップは、１以上の観察者について、前記眼位置検出ステップによって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、前記画像表示面の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍のみ、または当該１以上の観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する。
　本発明によれば、裸眼立体画像表示装置において、指向性拡散板を用いることなく画像表示面の輝度を一様にできる。
本発明の実施形態に係る裸眼立体画像表示装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る指向性バックライトの照射方法の第１の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る指向性バックライトの照射方法の第２の例を示す図である。 本発明の従来のリニアフレネルレンズの一例を示す図である。 本発明の従来のリニアフレネルレンズの断面の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るリニアフレネルレンズの断面の一例を示す図である。 本発明の実施形態の変形例に係るリニアフレネルレンズの断面の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る凸レンズアレイの側面図の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る凸レンズアレイの上面図の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る凸レンズアレイを用いる場合のバックライトの輝度の一例を示す図である。
（実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。なお、図面には、説明の便宜上、三次元直交座標系であるＸＹＺ直交座標系を示してある。当該ＸＹＺ直交座標系において、Ｙ軸の向きは、鉛直上向きである。以下の説明において、Ｙ軸に平行な方向を上下方向ともいう。Ｙ軸の向きを上向きともいう。Ｙ軸の向きと逆の向きを下向きともいう。Ｙ軸の方向の正の側を上側ともいい、Ｙ軸の方向の負の側を下側ともいう。Ｚ軸に平行な方向を奥行方向ともいう。Ｚ軸の方向の正の側を手前側ともいい、Ｚ軸の方向の負の側を奥側ともいう。Ｘ軸に平行な方向を左右方向ともいう。Ｘ軸の方向の正の側を右側ともいい、Ｘ軸の方向の負の側を左側ともいう。
［画像表示装置の構成］
　図１は、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１の構成の一例を示す図である。裸眼立体画像表示装置１は、指向性のあるバックライトを用いて時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示し、画像を立体視させる立体視画像を表示する裸眼立体画像表示装置である。
　裸眼立体画像表示装置１は、画像表示部１１と、照射部１２と、集光系アレイ部１３と、制御装置１４とを備える。照射部１２は、照明配置制御部１２１と、光源部１２２と、眼位置検出装置２０とを備える。画像表示部１１、集光系アレイ部１３、照明配置制御部１２１、及び光源部１２２は、画像表示部１１、集光系アレイ部１３、照明配置制御部１２１、光源部１２２の順に手前側から奥側に裸眼立体画像表示装置１に備えられる。観察者Ｐ１は、画像表示部１１を手前側から観察する。眼位置検出装置２０は、一例として画像表示部１１の上部に設置される。
　画像表示部１１は、複数の表示素子がマトリクス状に配置された透過型の画像表示面Ｄ１を備える。画像表示部１１は、例えば、透過型の液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）を含んで構成される。画像表示部１１は、画像表示面Ｄ１に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する。
　照射部１２は、画像表示面Ｄ１の背面から画像表示面Ｄ１に照明光を照射する。具体的には、照射部１２は、制御装置１４からの要求に応じて、画像表示面Ｄ１に配置された画素のそれぞれに照明光を照射する照射装置である。
　照明配置制御部１２１は、画像表示面Ｄ１の背面から画像表示面Ｄ１に対して照射される照明光の画像表示面Ｄ１に対する配置を可変に制御する照明配置面Ｄ２を備える。照明配置面Ｄ２には、複数の照明配置制御素子がマトリクス状に配置される。照明配置制御部１２１は、一例として、透過型のＬＣＤを含んで構成される。
　光源部１２２は、照明配置面Ｄ２の背面に照明光を照射する。光源部は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を用いたバックライトである。光源部は、照明配置面Ｄ２にマトリクス状に配置される複数の照明配置制御素子それぞれに、白色、または赤色、緑色、青色の３色のいずれかの照明光を照射する。複数の照明配置制御素子それぞれは、照射された照明光の色の照明光を画像表示面Ｄ１に対して照射する。複数の照明配置制御素子は、照明配置面にマトリクス状に配置されて時分割に応じて点滅する複数の点状光源の一例である。
　なお、光源部は、ＬＥＤに代えて、他の光源を用いたバックライトであってもよい。またなお、照明配置制御部１２１は、透過型のＬＣＤ及び光源部を備える代わりに、照明光を照射する機能を備える自発光型のドットマトリックス型ＬＥＤ表示装置を備えてもよい。
　なお、照明配置制御部１２１は、カラー画像を表示可能な液晶パネル（すなわち、カラー液晶パネル）であってもよく、白黒画像のみを表示可能な液晶パネル（すなわち、モノクロ液晶パネル）であってもよい。
　集光系アレイ部１３は、画像表示面Ｄ１と照明配置面Ｄ２との間に配置される。集光系アレイ部１３は、照射部１２から入射する照明光を平行光にして画像表示面Ｄ１の側に出射にさせる。つまり、集光系アレイ部１３は、指向性バックライトを生成する。集光系アレイ部１３は、凸レンズアレイＡ１を備える。
　凸レンズアレイＡ１は、平面状に配置された複数の要素レンズＥ１を備える。要素レンズＥ１は、要素集光系領域の一例である。照明配置面Ｄ２と凸レンズアレイＡ１との距離は、複数の要素レンズＥ１それぞれの焦点距離に略等しい。そのため、集光系アレイ部１３は、照射部１２から照射される照明光が入射すると、当該照明光を平行光にして画像表示面Ｄ１の側に出射にさせる。したがって、観察者Ｐ１の眼と要素レンズＥ１の中心とを結ぶ線分と照明配置面Ｄ２との交点から照射される照明光は、集光系アレイ部１３によって指向性を有する光線として観察者Ｐ１の右眼あるいは左眼のそれぞれに入射する。観察者が複数人の場合は、眼と要素レンズＥ１の中心とを結ぶ線分と照明配置面Ｄ２との交点が観察者の数に応じて増えるので、照明配置面Ｄ２において照明光を照射する位置を増やすことで、観察者全員の眼に光線が入射されるようにする。なお、複数の要素レンズＥ１それぞれの焦点距離は、複数の要素レンズＥ１相互間において共通である。
　眼位置検出装置２０は、観察者Ｐ１の眼の位置を検出する。眼位置検出装置２０は、画像表示部１１の上部に設置されて、自装置から手前側に観察者Ｐ１の顔を含む画像を撮像する。眼位置検出装置２０は、画像認識技術などを用いて、撮像した画像から観察者Ｐ１の眼の位置を検出する。眼位置検出装置２０は、検出した観察者Ｐ１の眼の位置を示す情報（例えば、三次元直交座標系における座標）を制御装置１４に出力する。
　なお、眼位置検出装置２０は、撮像した画像を制御装置１４に出力してもよい。その場合、制御装置１４は、眼位置検出装置２０が撮像した画像から、画像認識技術などを用いて観察者Ｐ１の眼の位置を検出する。
　制御装置１４は、裸眼立体画像表示装置１の全体を制御する。制御装置１４は、時分割のパターンに基づいて画像表示面Ｄ１に右眼用画像と左眼用画像とを表示する。また、制御装置１４は、観察者Ｐ１の目の位置と、時分割のパターンとに基づいて照明配置面Ｄ２に配置された複数の照明配置制御素子を制御する。
　制御装置１４は、当該複数の照明配置制御素子を制御することによって、時分割の各フレームにおいて、照明配置面Ｄ２上において照明光を照射する位置と、照明光を照射しない位置とを切り替える。ここで制御装置１４は、観察者Ｐ１の目の位置に基づいて、照明配置面Ｄ２上において照明光を照射する位置を決定する。これによって制御装置１４は、観察者Ｐ１の右眼と左眼とのいずれに指向性バックライトを入射させるかを切り替える。制御装置１４は、時分割のパターンに基づいて、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ１の右眼に指向性バックライトを入射させる。一方、制御装置１４は、時分割のパターンに基づいて、画像表示面Ｄ１に左眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ１の左眼に指向性バックライトを入射させる。これによって裸眼立体画像表示装置１では、裸眼による立体視を実現する。
　ここで図２及び図３を参照し、裸眼立体画像表示装置１における指向性バックライトの照射方法について説明する。なお、指向性バックライトを照射することを、指向性バックライトを投影するともいう。
　図２は、本実施形態に係る指向性バックライトの照射方法の第１の例を示す図である。図２に示す裸眼立体画像表示装置１は、図１に示した裸眼立体画像表示装置１と同様の構成を備える。図２では、裸眼立体画像表示装置１は、指向性バックライトとしてバックライトＲ２を画像表示面Ｄ１の手前側（Ｚ軸の方向の正の側）へと照射する。図２では、一例として、観察者Ｐ２－１と、観察者Ｐ２－２との２人の観察者がそれぞれ、画像表示面Ｄ１を手前側から観察する場合が示されている。
　ここで上述したように、裸眼立体画像表示装置１に備えられる制御装置１４は、観察者Ｐ２－１の目の位置に基づいて、観察者Ｐ２－１の右眼と左眼とのいずれに指向性バックライトを入射させるかを切り替える。制御装置１４は、時分割のパターンに基づいて、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ２－１の右眼に指向性バックライトを入射させる。図２に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、観察者Ｐ２－１の右眼の近傍と、画像表示面Ｄ１の手前側の領域から観察者Ｐ２－１の左眼の近傍を除く領域とに、バックライトＲ２を照射する。画像表示面Ｄ１に左眼用画像を表示する場合には、右眼用画像を表示する場合と同様に、制御装置１４は、時分割のパターンに基づいて、観察者Ｐ２－１の左眼に指向性バックライトを入射させる。図２に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、観察者Ｐ２－１の左眼の近傍と、画像表示面Ｄ１の手前側の領域から観察者Ｐ２－１の右眼の近傍を除く領域とに、バックライトＲ２を照射する。
　制御装置１４は、観察者Ｐ２－２の右眼及び左眼にバックライトＲ２を入射させる場合も、観察者Ｐ２－１の右眼及び左眼にバックライトＲ２を入射させる場合と同様に、バックライトＲ２を照射する。つまり、制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ２－１の右眼の近傍と、観察者Ｐ２－２の右眼の近傍と、画像表示面Ｄ１の手前側の領域から観察者Ｐ２－１の左眼の近傍及び観察者Ｐ２－２の左眼の近傍を除く領域とに、バックライトＲ２を照射する。
　したがって、図２に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、画像表示面Ｄ１の手前側（つまり、前面）の観察者の右眼の近傍を含む全て領域から当該観察者の左眼の近傍を除いた領域に指向性バックライトを照射する。また、図２に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は画像表示面Ｄ１に左眼用画像を表示する場合、画像表示面Ｄ１の手前側（つまり、前面）の観察者の左眼の近傍を含む全て領域から当該観察者の右眼の近傍を除いた領域に指向性バックライトを照射する。つまり、図２に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、１以上の観察者について、眼位置検出装置２０によって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、画像表示面Ｄ１の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍または当該１以上の観察者の右眼の近傍を除いた全ての領域に指向性バックライトを照射する。
　図３は、本実施形態に係る指向性バックライトの照射方法の第２の例を示す図である。図３に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、観察者の左眼の近傍のみ、または当該観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する。図３では、一例として、観察者Ｐ３－１と、観察者Ｐ３－２との２人の観察者がそれぞれ、画像表示面Ｄ１を手前側から観察する場合が示されている。
　制御装置１４は、観察者Ｐ３－１の左眼の近傍のみ、または観察者Ｐ３－１の右眼の近傍のみに指向性バックライトとしてバックライトＲ３－１を照射する。制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ３－１の右眼の近傍のみにバックライトＲ３－１を照射する。制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に左眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ３－１の左眼の近傍のみにバックライトＲ３－１を照射する。
　同様に、制御装置１４は、観察者Ｐ３－２の左眼の近傍のみ、または観察者Ｐ３－２の右眼の近傍のみに指向性バックライトとしてバックライトＲ３－２を照射する。制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に右眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ３－２の右眼の近傍のみにバックライトＲ３－２を照射する。制御装置１４は、画像表示面Ｄ１に左眼用画像を表示する場合、観察者Ｐ３－２の左眼の近傍のみにバックライトＲ３－２を照射する。
　したがって、図３に示す指向性バックライトの照射方法では、制御装置１４は、１以上の観察者について、眼位置検出装置２０によって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、画像表示面Ｄ１の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍のみ、または当該１以上の観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する。なお、眼位置検出装置２０は、観察者の眼の位置を検出する眼位置検出部の一例である。
　上述した図２に示す指向性バックライトの照射方法では、画像表示面Ｄ１の大きさの２乗に比例した光束が必要となる。その結果、ディスプレイ電力の大半を占める光源の電力（つまり、図１に示した光源部１２２の消費電力）が、画像表示面Ｄ１の大きさを拡大する場合、当該大きさの２乗に比例して増加してしまう。図２に示す指向性バックライトの照射方法は、いわば従来のディスプレイにおける照明光の照射方法（換言すれば、映像の投影方法）と同様である。
　一方、図３に示す指向性バックライトの照射方法では、観察者の左眼の近傍のみ、または当該観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射するため、観察者の数の増加に比例して光源の電力は増加するが、図２に示す指向性バックライトの照射方法に比べ、光源の消費電力を大幅に低減することができる。つまり、図３に示す指向性バックライトの照射方法では、画像表示面Ｄ１の前面の領域のうち、観察者の左眼の近傍または当該観察者の右眼の近傍を除いた全ての領域に指向性バックライトを照射する場合に比べて、光源の消費電力を大幅に低減することができる。
　ここで図４から図１０を参照し、凸レンズアレイＡ１の構成の詳細について説明する。凸レンズアレイＡ１は、複数のリニアフレネルレンズを備える。凸レンズアレイＡ１に備えられるリニアフレネルレンズについて説明する前に、まず従来のリニアフレネルレンズについて説明する。
　図４は、従来のリニアフレネルレンズＬ１０の一例を示す図である。リニアフレネルレンズＬ１０は、複数の柱状のプリズムが高さ方向と垂直な方向に並べられて構成される。リニアフレネルレンズＬ１０では、隣接するプリズムによって直線状の溝が形成される。図５に従来のリニアフレネルレンズＬ１０の断面Ｓ１０を示す。断面Ｓ１０は、柱状の凸レンズを光軸と垂直な方向について分割し、表面付近の部分だけを残して厚みを減らして得られる。
　図６は、本実施形態に係るリニアフレネルレンズＬ１の断面Ｓ１の一例を示す図である。断面Ｓ１は左右対称である。なお、断面Ｓ１が左右非対称の場合であってもよい。
　リニアフレネルレンズＬ１は、リニアフレネルレンズＬ２と、リニアフレネルレンズＬ３とを入り会い領域Ｃ１を設けて左右に隣接させて並べて形成される。リニアフレネルレンズＬ２、及びリニアフレネルレンズＬ３は、ともに従来のリニアフレネルレンズＬ１０と同じ形状である。リニアフレネルレンズＬ２の中心から右半分の領域である右領域Ｐ２と、リニアフレネルレンズＬ３の中心から左半分の領域である左領域Ｐ３とは互いに重なっている。つまり、リニアフレネルレンズＬ２の中心の位置とリニアフレネルレンズＬ３の左側の境界の位置とは一致しており、リニアフレネルレンズＬ３の中心の位置とリニアフレネルレンズＬ２の右側の境界の位置とは一致している。
　入り会い領域Ｃ１は、右領域Ｐ２及び左領域Ｐ３が重なった領域に設けられている。つまり、入り会い領域Ｃ１は、隣接するリニアフレネルレンズＬ２とリニアフレネルレンズＬ３とのそれぞれの中心から境界までの領域に設けられている。入り会い領域Ｃ１は、リニアフレネルレンズＬ２の右領域Ｐ２に含まれる部分と、リニアフレネルレンズＬ３の左領域Ｐ３に含まれる部分とが混在した領域である。
　図６に示すように、入り会い領域Ｃ１では、右領域Ｐ２に含まれるリニアフレネルレンズＬ２を構成する柱状のプリズムと、左領域Ｐ３に含まれるリニアフレネルレンズＬ３を構成する柱状のプリズムとがそれぞれ、リニアフレネルレンズＬ２及びリニアフレネルレンズＬ３それぞれの溝毎に交互に配置される。この配置によれば、リニアフレネルレンズＬ２の溝と、リニアフレネルレンズＬ３の溝とは、方向が互いに揃えられている。実際には、入り会い領域Ｃ１に配置された個々のプリズムの幅は、リニアフレネルレンズＬ１の幅に対して十分細かい（幅数十から数百マイクロメートル程度）値に設定することが望ましい。
　断面Ｓ１が示すように、入り会い領域Ｃ１において、リニアフレネルレンズＬ２及びリニアフレネルレンズＬ３をそれぞれ構成する柱状のプリズムは、当該プリズムの底面を一致させて互いに背中合わせの向きにおいて交互に配置されている。
　断面Ｓ１では、入り会い領域Ｃ１の中心部に三角形状の左右対称な山が形成される。入り会い領域Ｃ１の中心部に形成される当該山の斜面の傾きは、リニアフレネルレンズＬ２の右領域Ｐ２によって形成される部分では、入り会い領域Ｃ１の左側から右側へゆくにつれて急になっている。一方、当該山の斜面の傾きは、リニアフレネルレンズＬ３の左領域Ｐ３によって形成される部分では、入り会い領域Ｃ１の左側から右側へゆくにつれて緩やかになっている。
　なお、リニアフレネルレンズＬ２及びリニアフレネルレンズＬ３同士を、図６に示す場合から重ねる位置をずらして、断面Ｓ１において入り会い領域Ｃ１の中心部に三角形状の左右対称な谷が形成されてもよい。
　また、図７（Ｂ）に示すように、入り会い領域におけるレンズの幅は、プリズム角が緩やかなものほど広く、急なものほど狭くしてもよい。これにより、輝度を一様にする効果が増すとともに、プリズムの先端位置が近づくという効用もある。比較のために、図７（Ａ）に、入り会いのレンズの幅がプリズム角が緩やかなものほど広く急なものほど狭くされる前の入り会い領域におけるレンズの構成を示す。
　上述したようにリニアフレネルレンズＬ１は、リニアフレネルレンズＬ２とリニアフレネルレンズＬ３とを左右に隣接させて並べて形成される。リニアフレネルレンズＬ１では、入り会い領域Ｃ１が設けられているため、リニアフレネルレンズＬ２とリニアフレネルレンズＬ３との境界が入り会い領域Ｃ１を設けない場合に比べて目立ちにくい。
　図８及び図９に、図１に示した凸レンズアレイＡ１の構成の詳細を示す。図８は、側面図を示し、図９は上面図を示す。凸レンズアレイＡ１は、横向きレンズアレイＡ１１と、縦向きレンズアレイＡ１２とを備える。横向きレンズアレイＡ１１と、縦向きレンズアレイＡ１２とは、奥行き方向（Ｚ軸方向）に重ねられて配置される。横向きレンズアレイＡ１１、及び縦向きレンズアレイＡ１２は、同じ形状である。
　横向きレンズアレイＡ１１、及び縦向きレンズアレイＡ１２はそれぞれ、図６において説明したリニアフレネルレンズＬ１が複数、溝の方向を互いに揃えて周期的に配置されたものである。リニアフレネルレンズＬ１が複数、溝の方向を互いに揃えて周期的に配置されたものとは、換言すれば、リニアフレネルレンズＬ２とリニアフレネルレンズＬ３とを入り会い領域Ｃ１を設けて左右に隣接させて繰り返し並べたものである。本実施形態では、リニアフレネルレンズＬ１を構成するリニアフレネルレンズＬ２またはリニアフレネルレンズＬ３が要素レンズＥ１に相当する。横向きレンズアレイＡ１１、及び縦向きレンズアレイＡ１２それぞれにおいて、リニアフレネルレンズＬ１は、レンズアレイの要素レンズに相当する。ここでリニアフレネルレンズＬ１は、図６において説明したように入り会い領域Ｃ１によって構成されている。
　凸レンズアレイＡ１において、横向きレンズアレイＡ１１と、縦向きレンズアレイＡ１２とは、それぞれに含まれるリニアフレネルレンズの溝の方向について直交させて重ねられて配置されている。凸レンズアレイＡ１において、要素レンズＥ１は、横向きレンズアレイＡ１１に含まれるリニアフレネルレンズＬ１と、縦向きレンズアレイＡ１２に含まれるリニアフレネルレンズＬ１が重なった部分である。当該重なった部分は、横向きレンズアレイＡ１１に含まれるリニアフレネルレンズＬ１の入り会い領域Ｃ１と、縦向きレンズアレイＡ１２に含まれるリニアフレネルレンズＬ１の入り会い領域Ｃ１とが重なって構成される。
　本実施形態では、入り会い領域Ｃ１は、隣接する要素レンズＥ１の中心から境界までの領域に、当該隣接する要素レンズＥ１の部分同士が混在する領域である。つまり、集光系アレイ部１３は、隣接する要素レンズＥ１の中心から境界までの領域に、当該隣接する要素レンズＥ１の部分同士が混在する領域である入り会い領域Ｃ１を有する。
　次に図１０を参照し、凸レンズアレイＡ１を用いる場合のバックライトの輝度について説明する。凸レンズアレイＡ１を用いる場合のバックライトの輝度とは、照射部１２からの照明光が凸レンズアレイＡ１を介して画像表示部１１に照射される場合の画像表示面Ｄ１上の輝度である。図１０は、本実施形態に係る凸レンズアレイＡ１を用いる場合のバックライトの輝度の一例を示す図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本実施形態との比較例として従来のリニアフレネルレンズが並べられたリニアフレネルレンズアレイについて説明するための図である。図１０（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、本実施形態に係る凸レンズアレイＡ１について説明するための図である。
　図１０（Ａ）では、２枚のリニアフレネルレンズアレイが、リニアフレネルレンズの溝の方向について直交させて重ねて配置されて凸レンズアレイが構成されている。２枚のリニアフレネルレンズアレイにはそれぞれ従来のリニアフレネルレンズが並べられている。
　図１０（Ａ）に示すリニアフレネルレンズの配置は、図１０（Ｂ）に示すように球面レンズが格子状に並べられた配置に、バックライトの輝度の分布としては等価である。図１０（Ａ）に示すリニアフレネルレンズの配置は、球面レンズを要素レンズとするレンズアレイに相当する。図１０（Ａ）に示すリニアフレネルレンズアレイを用いた場合、バックライトの輝度は、図１０（Ｃ）に示すように、球面レンズの形状を反映した分布となり、一様にはならない。
　従来のリニアフレネルレンズＬ１０では、周辺付近は中心付近に比べて暗くなる傾向があった。つまり、従来のリニアフレネルレンズＬ１０では、中心付近と周辺付近とで輝度に差があった。
　図１０（Ｄ）は、凸レンズアレイＡ１におけるリニアフレネルレンズの配置を示す。図１０（Ｄ）に示すリニアフレネルレンズの配置は、図１０（Ｅ）に示すように球面レンズが互いに重なった部分を有して格子状に並べられた配置に光学的に等しい。凸レンズアレイＡ１では、複数の球面レンズが中心から境界の部分において互いに重なって構成される領域が、要素レンズに相当する。図１０（Ｄ）に示すリニアフレネルレンズ（つまり、凸レンズアレイＡ１）を用いた場合、バックライトの輝度は、図１０（Ｆ）に示すように、球面レンズが互いに重なった部分を有さない場合に比べて一様となる。
　なお、本実施形態では、凸レンズアレイＡ１が、リニアフレネルレンズの溝について直交させて重ねられた横向きレンズアレイＡ１１と縦向きレンズアレイＡ１２とを備える場合の一例について説明したが、これに限られない。凸レンズアレイＡ１は、縦向きレンズアレイＡ１２のみを備えてもよい。つまり、凸レンズアレイＡ１は、リニアフレネルレンズの溝を上下方向にして配置されたリニアフレネルレンズアレイのみを備えてもよい。ただし、観察者Ｐ１が画像表示面Ｄ１に対して頭を傾けた場合であっても、立体視ができるためには、凸レンズアレイＡ１は、直交させて重ねられた横向きレンズアレイＡ１１と縦向きレンズアレイＡ１２とを備えることが好ましい。
　なお、本実施形態では、入り会い領域Ｃ１は、リニアフレネルレンズＬ１を形成するために左右に隣接するリニアフレネルレンズＬ２の中心から右半分の領域である右領域Ｐ２と、リニアフレネルレンズＬ３の中心から左半分の領域である左領域Ｐ３とが互いに重なっている場合の一例について説明した。つまり、本実施形態では、入り会い領域Ｃ１はリニアフレネルレンズＬ１の全領域であり、入り会い領域Ｃ１が要素レンズを形成している場合について説明したが、これに限られない。入り会い領域Ｃ１は、リニアフレネルレンズＬ２の中心付近から境界付近までの右側の領域と、リニアフレネルレンズＬ３の中心付近から境界付近までの左側の領域とが互いに重なって構成されてもよい。ただし、輝度を一様とするためには、入り会い領域Ｃ１は、リニアフレネルレンズＬ１の全領域に形成されることが好ましい。
　なお、本実施形態では、入り会い領域Ｃ１は、入り会い領域Ｃ１を構成するリニアフレネルレンズの部分それぞれが当該リニアフレネルレンズの溝毎に交互に配置されて構成される場合の一例について説明したが、これに限られない。入り会い領域Ｃ１は、入り会い領域Ｃ１を構成するリニアフレネルレンズの部分それぞれが当該リニアフレネルレンズの溝の幅よりも狭いまたは広い長さを単位として交互に配置されて構成されてもよい。
［まとめ］
　以上に説明したように、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１は、画像表示部１１と、照射部１２と、集光系アレイ部１３とを備える。
　画像表示部１１は、透過型の画像表示面Ｄ１に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する。照射部１２は、照明配置面Ｄ２にマトリクス状に配置されて時分割に応じて点滅する複数の点状光源（本実施形態において、照明配置制御素子）によって、画像表示面Ｄ１の背面から画像表示面Ｄ１に対して照明光を照射する。集光系アレイ部１３は、平面状に配置された複数の要素集光系領域（本実施形態において、要素レンズＥ１）を有する。
　集光系アレイ部１３は、画像表示面Ｄ１と照明配置面Ｄ２との間に配置され、集光系アレイ部１３と照明配置面Ｄ２との間の距離は要素集光系領域（本実施形態において、要素レンズＥ１）の焦点距離に略等しい。
　集光系アレイ部１３は、隣接する要素集光系領域（本実施形態において、要素レンズＥ１、つまり、リニアフレネルレンズＬ２またはリニアフレネルレンズＬ３）の中心付近から境界付近までの領域に入り会い領域Ｃ１を有する。入り会い領域Ｃ１は、当該隣接する要素集光系領域の部分（本実施形態において、リニアフレネルレンズＬ２の右領域Ｐ２及びリニアフレネルレンズＬ３の左領域Ｐ３）同士が混在する領域である。
　この構成により、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１は、要素集光系領域の中心付近と境界付近との輝度の差を平均化することができるため、裸眼立体画像表示装置において、指向性拡散板を用いることなく画像表示面の輝度を一様にして高解像度の立体画像を提示できる。
　従来の裸眼立体画像表示装置（例えば、特許文献３を参照）では、レンズの背後に液晶ディスプレイが配置されていたため、提示像の解像度が低下するという問題があった。本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、レンズの背後に液晶ディスプレイが配置される場合に比べて高解像度の立体画像を提示できる。
　また、従来の指向性バックライトを用いる裸眼立体画像表示装置では、垂直方向の指向性拡散板を用いていたため、右眼用画像と左眼用画像とが混ざる現象であるクロストークが起きやすかった。裸眼立体画像表示装置１では、垂直方向の指向性拡散板を必要としないため、クロストークの発生を抑制できる。また、裸眼立体画像表示装置１では、垂直方向の指向性拡散板を必要としないため、当該指向性拡散板を備える場合に比べて奥行方向の厚さを薄くできる。また、裸眼立体画像表示装置１では、垂直方向の指向性拡散板を備える場合に比べて消費電力を少なくできる。
　また、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、集光系アレイ部１３は、複数のリニアフレネルレンズ（本実施形態において、リニアフレネルレンズＬ２、リニアフレネルレンズＬ３）が溝の方向を互いに揃えて周期的に配置された構造を持つリニアフレネルレンズアレイ（本実施形態において、縦向きレンズアレイＡ１２）を備える。リニアフレネルレンズアレイ（本実施形態において、縦向きレンズアレイＡ１２）は、リニアフレネルレンズの溝の方向を上下方向にして配置される。入り会い領域Ｃ１は、隣接するリニアフレネルレンズ（本実施形態において、リニアフレネルレンズＬ２、リニアフレネルレンズＬ３）の部分同士が混在して構成される。
　この構成により、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、リニアフレネルレンズを利用して垂直方向の指向性拡散板を用いることなく画像表示面の輝度を一様にできる。
　また、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、集光系アレイ部１３は、２枚のリニアフレネルレンズアレイ（本実施形態において、横向きレンズアレイＡ１１、縦向きレンズアレイＡ１２）を備える。２枚のリニアフレネルレンズアレイ（本実施形態において、横向きレンズアレイＡ１１、縦向きレンズアレイＡ１２）は、当該リニアフレネルレンズアレイに含まれるリニアフレネルレンズ（本実施形態において、リニアフレネルレンズＬ２、リニアフレネルレンズＬ３）の溝の方向について直交させて重ねられて配置される。要素集光系領域（本実施形態において、要素レンズＥ１）は、直交するリニアフレネルレンズ（本実施形態において、横向きレンズアレイＡ１１に含まれるリニアフレネルレンズＬ２またはリニアフレネルレンズＬ３と、縦向きレンズアレイＡ１２に含まれるリニアフレネルレンズＬ２またはリニアフレネルレンズＬ３）が重なった部分である。
　この構成により、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、観察者Ｐ１が画像表示面Ｄ１に対して頭を傾けた場合であっても、立体視が可能となる。従来の指向性バックライトを用いる裸眼立体画像表示装置では、垂直方向（本実施形態における上下方向）の指向性拡散板を用いていたため、照明光は上下方向にしか拡散されず、観察者の右眼及び左眼に対するそれぞれの視野は、上下方向にしか広がっていなかった。そのため、観察者Ｐ１が画像表示面Ｄ１に対して頭を傾けた場合、立体視ができなくなることがあった。
　また、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、入り会い領域Ｃ１は、当該入り会い領域を構成するリニアフレネルレンズ（本実施形態において、リニアフレネルレンズＬ２、リニアフレネルレンズＬ３）の部分それぞれが当該リニアフレネルレンズの溝毎に交互に配置されて構成される。
　この構成により、本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１では、入り会い領域Ｃ１をリニアフレネルレンズの溝を利用して構成できるため、入り会い領域Ｃ１を容易に形成できる。
　なお、本実施形態では、凸レンズアレイＡ１にリニアフレネルレンズが用いられる場合の一例について説明したが、これに限られない。凸レンズアレイＡ１を構成する要素レンズとして、回転対称である通常のフレネルレンズが用いられてもよい。要素レンズとして回転対称であるフレネルレンズを用いる場合、例えば、当該フレネルレンズは、隣接するフレネルレンズ同士は、一方の境界が他方の半円の中心と接して、互いに重なるように格子状に配置される。隣接するフレネルレンズが互いに重なっている領域に、上述したような入り会い領域が形成されればよい。
　また、集光系アレイ部１３において、リニアフレネルレンズあるいは回転対称であるフレネルレンズ以外に、ゾーンプレートが要素レンズとして用いられてもよい。要素レンズとしてゾーンプレートが用いられる場合、例えば、当該ゾーンプレートは、隣接するゾーンプレート同士は、一方の境界が他方の半円の中心と接して、互いに重なるように格子状に配置される。隣接するゾーンプレートが互いに重なっている領域に、入り会い領域として、当該隣接するゾーンプレート双方の周期または規則性をもった領域を、光の透過領域と遮光領域とによるパターンが形成される。
　本実施形態に係る裸眼立体画像表示装置１は、医療用の３次元ディスプレイや、自動車用のヘッドアップディスプレイに好適に用いられる。
　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
１…裸眼立体画像表示装置、１１…画像表示部、１２…照射部、１３…集光系アレイ部、Ｄ１…画像表示面、Ｄ２…照明配置面、Ｅ１…要素レンズ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…リニアフレネルレンズ、Ｃ１…入り会い領域

Claims (7)

  1. 　透過型の画像表示面に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する画像表示部と、
    　照明配置面にマトリクス状に配置されて前記時分割に応じて点滅する複数の点状光源によって、前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して照明光を照射する照射部と、
    　平面状に配置された複数の要素集光系領域を有する集光系アレイ部と、
    　を備え、
    　前記集光系アレイ部は、前記画像表示面と前記照明配置面との間に配置され、前記集光系アレイ部と前記照明配置面との間の距離は前記要素集光系領域の焦点距離に略等しく、
    　前記集光系アレイ部は、隣接する前記要素集光系領域の中心付近から境界付近までの領域に、当該隣接する要素集光系領域の部分同士が混在する領域である入り会い領域を有する
    　裸眼立体画像表示装置。
  2. 　前記集光系アレイ部は、複数のリニアフレネルレンズが溝の方向を互いに揃えて周期的に配置された構造を持つリニアフレネルレンズアレイを備え、
    　前記リニアフレネルレンズアレイは、前記溝の方向を上下方向にして配置され、
    　前記入り会い領域は、隣接する前記リニアフレネルレンズの部分同士が混在して構成される、
    　請求項１に記載の裸眼立体画像表示装置。
  3. 　前記集光系アレイ部は、２枚の前記リニアフレネルレンズアレイを備え、
    　２枚の前記リニアフレネルレンズアレイは、当該リニアフレネルレンズアレイに含まれる前記リニアフレネルレンズの溝の方向について直交させて重ねられて配置され、
    　前記要素集光系領域は、直交する前記リニアフレネルレンズが重なった部分である、
    　請求項２に記載の裸眼立体画像表示装置。
  4. 　前記入り会い領域は、当該入り会い領域を構成する前記リニアフレネルレンズの部分それぞれが当該リニアフレネルレンズの溝毎に交互に配置されて構成される
    　請求項２または請求項３に記載の裸眼立体画像表示装置。
  5. 　観察者の眼の位置を検出する眼位置検出部をさらに備え、
    　前記照射部は、１以上の観察者について、前記眼位置検出部によって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、前記画像表示面の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍のみ、または当該１以上の観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の裸眼立体画像表示装置。
  6. 　透過型の画像表示面に時分割で右眼用画像と左眼用画像とを表示する画像表示ステップと、
    　照明配置面にマトリクス状に配置されて前記時分割に応じて点滅する複数の点状光源によって、前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して照明光を照射する照射ステップと、
    　平面状に配置された複数の要素集光系領域を有する集光系アレイによって前記照明光を略平行にする集光系アレイステップと、
    　を有し、
    　前記集光系アレイは、前記画像表示面と前記照明配置面との間に配置され、前記集光系アレイと前記照明配置面との間の距離は前記要素集光系領域の焦点距離に略等しく、
    　前記集光系アレイは、隣接する前記要素集光系領域の中心付近から境界付近までの領域に、当該隣接する要素集光系領域の部分同士が混在する領域である入り会い領域を有する
    　裸眼立体画像表示方法。
  7. 　観察者の眼の位置を検出する眼位置検出ステップをさらに有し、
    　前記照射ステップは、１以上の観察者について、前記眼位置検出ステップによって検出された当該１以上の観察者の左眼または当該１以上の観察者の右眼それぞれの位置に基づいて、前記画像表示面の前面の領域のうち、当該１以上の観察者の左眼の近傍のみ、または当該１以上の観察者の右眼の近傍のみに指向性バックライトを照射する
    　請求項６に記載の裸眼立体画像表示方法。
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