JP2000338605A

JP2000338605A - 指向性反射スクリーンおよび画像表示装置

Info

Publication number: JP2000338605A
Application number: JP11149329A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oshima; 徹也大島; Yoshiyuki Kaneko; 好之金子; Akira Arimoto; 昭有本; Hironori Kaneko; 浩規金子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】合わせ鏡群を用いた画像表示装置の水平方向の
鑑賞範囲を拡げる。【解決手段】合わせ鏡群を構成する合わせ鏡面を凹面ま
たは凸面とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像表示装置、特に
両眼視差を用いた立体視を特殊な眼鏡を着用することな
く可能にする指向性反射スクリーンおよびそれを用いた
立体画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、両眼視差を用いた立体視を特殊な
眼鏡を着用することなく可能にする画像表示装置とし
て、画像投影手段と指向性の反射または透過スクリーン
を組み合わせた装置が知られている。中でも、鑑賞者に
対して水平方向の集光手段として合わせ鏡群を用いた指
向性反射スクリーンについては、例えば、「三次元画像
工学」大越孝敬著、朝倉書店２８頁および９１〜９７頁
に開示されている。それらを図２および図１１に示す。

【０００３】図２に示すスクリーンでは、２面直交合わ
せ鏡群によって水平方向には集光性があり、さらに、鏡
面の垂直方向に与えた凹凸のために、垂直方向には拡散
性がある。

【０００４】図１１に示すスクリーンでは、２面直交合
わせ鏡群と組み合わせた蒲鉾状レンズ群のレンズ効果に
よって垂直方向に拡散性を与えている。

【０００５】２面直交合わせ鏡群に入射した光線は、図
３に示すように、互いに直交した２つの鏡面に順次反射
され、結果として入射してきた方向に反射する。従っ
て、図４に示すような画像投影手段２と図２および図１
１に示した指向性反射スクリーン３を組み合わせた画像
表示装置において、液晶プロジェクター等の画像投影手
段２により指向性反射スクリーン３に照射された映像信
号は、反射されると水平方向には画像投影手段２の位置
に集光する。このようなスクリーン反射特性を活かし、
２個の画像投影手段２を鑑賞者１の右眼および左眼の直
上または直下に配置し、併せて両眼視差の原理に基づく
立体画像信号となる一対の映像信号を照射することによ
って、特殊な眼鏡と着用することなく立体映像を鑑賞す
ることができる。

【０００６】さらに、これらの指向性反射スクリーン
は、図６に示すように３個以上の画像投影手段と組み合
わせ、かつ、各画像投影手段からは投影位置に応じた視
差画像を投射することで、鑑賞者が水平方向に動いた際
に別の２個の画像投影手段からの画像を鑑賞して立体視
が可能となる。このため、装置全体としての鑑賞範囲を
広げることができる。このような立体画像表示装置は多
眼立体画像表示装置と呼ばれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の画像表
示装置では、スクリーンの水平方向の集光性が強いため
に、鑑賞範囲が狭いという課題があった。また、上記従
来技術の多眼立体画像表示装置では、鑑賞者が水平方向
に動いて別の画像投影手段の鑑賞範囲に移動するに際
し、画像を鑑賞できない領域が発生するという課題があ
った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題解決
のため、合わせ鏡群を含む指向性反射スクリーンにおい
て、合わせ鏡群を構成する合わせ鏡面を、合わせ鏡の稜
線と垂直方向の切断面において曲線としたことを特徴と
するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の指向性反射スクリーンに
用いる合わせ鏡群の、合わせ鏡の稜線に垂直方向の断面
図を図１に示す。本発明の合わせ鏡群は、各鏡面が凹面
（同図ａ）または凸面（同図ｂ）であり、図１に示すよ
うに合わせ鏡の稜線に垂直方向の断面において曲率を持
った円弧である。

【００１０】この合わせ鏡群に入射した光線は、図５に
示すように２個の鏡面に順次反射され、概ね入射してき
た方向に反射される。しかし、本発明の合わせ鏡群で
は、従来の合わせ鏡と異なり、鏡面が曲率をもっている
ため、光線が鏡面のどの位置に入射するかによって実質
的な挟角βが異なる。実質的な挟角βによって、光の反
射する方向δは、入射方向から｜（β−９０）｜×２だ
けずれることとなる。

【００１１】各合わせ鏡面内で反射する方向δが異なる
ので、反射光は広がりを持つこととなる。この反射光の
広がりの角度γ（δの最大値と最小値の差分）は、合わ
せ鏡のピッチＰ、平均挟角αおよび鏡面の曲率半径ｒに
よって異なる。ここで平均挟角とは、２個の鏡面の中央
部の接線がなす角度である。本発明の合わせ鏡群では、
合わせ鏡のピッチＰが０．０１から５mm、平均挟角αが
６０から１２０度、曲率半径ｒが０．５から１００mmの
範囲がおもに用いられる。

【００１２】このような合わせ鏡群は、樹脂材料を用い
ると容易に製作できる。まず、ポリカーポネート樹脂や
アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂などで所望の合わせ鏡
群と同じ形状を有する基板を成型する。そして、基板の
表面に、アルミニウム、銀等の材料を蒸着、スパッタリ
ング、電着などの方法で鏡面を形成すればよい。

【００１３】以上説明した合わせ鏡群からなる指向性反
射スクリーンと画像投影手段を組み合わせることによ
り、本発明の立体画像表示装置を得る。

【００１４】図７はその上面図である。本装置におい
て、画像投影手段２は、水平方向に鑑賞者１の両眼間隔
で配置している。２台の画像投影手段２から投射された
画像信号は両眼視差を有しており、合わせて鑑賞者１に
立体視を誘発するものである。本実施例の画像表示装置
では、投影された２個の画像信号が合わせ鏡群からなる
指向性反射スクリーン２で反射され、鑑賞者１の右眼お
よび左眼のへ独立に導かれる。本画像表示装置では、合
わせ鏡の稜線に垂直の方向は、鑑賞者１に対して水平な
方向であり、スクリーン３においてこの方向の広がり角
γ（δの最大値と最小値の差分）を増大させると、画像
表示装置においては各画像投影手段の水平方向の鑑賞範
囲が拡大されることになる。

【００１５】画像表示装置の水平方向の鑑賞範囲は大き
いほど鑑賞者によい鑑賞環境を提供できるために好適で
ある。しかしながら、本発明の画像表示装置において
は、各画像投影手段から発せられた画像信号の鑑賞範囲
が鑑賞者の両眼間隔を超えると右眼用画像と左眼用画像
が混合するいわゆるクロストークを生じ、立体視が困難
となる。従って、各画像信号の水平方向の鑑賞範囲は鑑
賞者の両眼間隔とすると好適である。「設計者のための
人体寸法データ集」、人間生活工学研究センター発行、
７９頁によれば、人間の両眼間隔は４９mmから７０mmで
ある。したがって、画像投影手段の水平方向の鑑賞範囲
も４９mmから７０mmが好適である。

【００１６】本画像表示装置において、各画像信号の水
平方向の鑑賞範囲は、画像投影手段の水平方向の鑑賞範
囲Ｒは、スクリーンの水平方向の広がり角γ、スクリー
ン中心と鑑賞者の距離Ｌ、出射光幅Ｗを用いて数１と表
すことができ、従って、スクリーンの広がり角γは数２
となる。

【００１７】

【数１】Ｒ＝Ｗ＋２Ｌｔａｎ（γ／２） ……（１）

【００１８】

【数２】 γ＝２ｔａｎ^-1（（Ｒ−Ｗ）／２Ｌ） ……（２）本画像表示装置では、スクリーン中心と鑑賞者の距離Ｌ
は５００mmから１００００mmである。また、出射光幅Ｗ
は１０mmから４０mmである。従って、スクリーンの合わ
せ鏡の稜線と垂直方向の拡散角γは０．０５度から７度
が好適である。

【００１９】また、このような画像表示装置に用いる場
合、図１２に示すように指向性反射スクリーンを上述の
合わせ鏡群と合わせ鏡群の稜線方向に光線を拡散させる
拡散手段を一体化すると、垂直方向の鑑賞範囲が広くな
り、好適である。合わせ鏡群の稜線方向に光線を拡散さ
せる拡散手段としては、蒲鉾状のレンズ群やホログラフ
ィック素子を用いればよい。蒲鉾状レンズ群を用いるの
場合には、図１１と同様に蒲鉾状レンズのレンズ線が、
合わせ鏡群の稜線に垂直となるように配置すればよい。

【００２０】ここで、合わせ鏡群の平均狭角が９０度の
場合、一つの画像投影手段に対して集光位置が１点とな
り、１人用の立体画像表示装置が作成できる。平均挟角
が９０度でない場合には集光位置は２点となり、図８に
示すように２人用の立体画像表示装置を得る。さらに、
合わせ鏡群を複数の異なる狭角の合わせ鏡を周期的に配
置させることで構成すると、挟角成分数のほぼ倍の集光
位置が得られる。これによりさらに多くの鑑賞者が同時
に鑑賞可能な立体画像表示装置を得ることができる。

【００２１】ここで、スクリーンが合わせ鏡の平均挟角
が９０度でない成分を含む場合、図９に示すようにスク
リーン全体を合わせ鏡群の稜線と垂直の方向に凹面にす
ると、スクリーンにおける水平方向の反射位置の違いに
よる、集光位置のずれが補正されるため好適である。こ
のときの曲率半径は、画像投影手段の射出レンズとスク
リーンの中心の距離の半分にすると水平方向の集光位置
は１点となり、好適である。

【００２２】また、図１０に示すように指向性反射スク
リーン全体を合わせ鏡群の稜線方向に凹面にすると、反
射光が垂直方向で集光されるため、スクリーンの反射位
置によらず鑑賞位置において反射光が重なる領域、すな
わち全画面が鑑賞可能な領域が広がり、好適である。こ
こでスクリーンの曲率半径は、画像投影手段とスクリー
ン中心との距離と一致させると、スクリーンの反射位置
によらず反射光が鑑賞位置で完全に重なるので、好適で
ある。

【００２３】本発明は、図６に示す多眼立体画像表示装
置において特に有効である。この場合、画像表示手段の
数は多いほど鑑賞範囲を広げることができ、好適であ
る。しかしながら、本装置では画像投影手段の数と必要
な画像の数が等しいため、画像投影手段をの数を多くす
ると、必要な画像数が多くなる。このため特に動画像を
表示する場合、多くの画像計算が必要となる。そこで、
実際の画像投影手段は４〜８個が適当である。

【００２４】ここまで本発明は立体画像表示装置につい
てのみ記したが、本発明は上記のごとき立体画像表示装
置に限るものではない。すなわち、図１３に示すように
単一の画像投影手段とした場合には、限られた鑑賞位置
において鑑賞者は画像を鑑賞できるアミューズメント等
に好適な画像表示装置を得る。この場合には、水平鑑賞
範囲は鑑賞者の両眼間隔より大きい方が好適である。

【００２５】

【発明の効果】本発明により、特に立体画像装置に好適
な合わせ鏡群を用いた画像表示装置の水平方向の鑑賞範
囲を拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に用いる合わせ鏡群の稜線と
垂直方向の断面図。

【図２】従来技術の指向性反射スクリーンの構造を示す
斜視図。

【図３】従来技術の合わせ鏡群の光線軌跡の説明図。

【図４】従来技術の画像表示装置の構造を示す上面図。

【図５】本発明の一実施例の合わせ鏡群での光線軌跡の
説明図。

【図６】従来技術の画像表示装置の構造を示す上面図。

【図７】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示す
上面図。

【図８】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示す
上面図。

【図９】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示す
上面図。

【図１０】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示
す側面図。

【図１１】従来技術の指向性反射スクリーンの構造を示
す斜視図。

【図１２】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示
す側面図。

【図１３】本発明の一実施例の画像表示装置の構造を示
す上面図。

【符号の説明】

１…鑑賞者、２…画像投影手段、３…指向性反射スクリ
ーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有本昭東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者金子浩規東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2H021 BA02 2H042 DA02 DA04 DA11 DB08 DC02 DD01 DD05 DE00 EA11 EA15 2H059 AA35 AA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合わせ鏡群からなる指向性反射スクリーン
において、上記合わせ鏡群を形成する各鏡面が合わせ鏡
群の稜線と垂直な切断面において曲線であることを特徴
とする指向性反射スクリーン。
【請求項２】上記垂直な切断面における曲線が凸型の円
弧であることを特徴とする請求項１記載の指向性反射ス
クリーン。
【請求項３】上記垂直な切断面における曲線が凹型の円
弧であることを特徴とする請求項１記載の指向性反射ス
クリーン。
【請求項４】上記合わせ鏡の稜線と垂直の方向の切断面
を曲線としたことによる、上記合わせ鏡の稜線と垂直の
方向への反射光の拡散角が０．０５〜７度であることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の指向性反
射スクリーン。
【請求項５】上記合わせ鏡群が、平均狭角が９０度でな
い合わせ鏡を含むことを特徴とする請求項１ないし４の
いずれか記載の指向性反射スクリーン。
【請求項６】上記合わせ鏡群が、複数の異なる平均狭角
の合わせ鏡が周期的に配置されてなることを特徴とする
請求項１ないし５のいずれか記載の指向性反射スクリー
ン。
【請求項７】上記指向性反射スクリーンが、上記合わせ
鏡の稜線方向に入射光線を拡散する手段を有することを
特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の指向性反
射スクリーン。
【請求項８】上記合わせ鏡の稜線方向に入射光線を拡散
する手段が、蒲鉾状のレンズ群であることを特徴とする
請求項７記載の指向性反射スクリーン。
【請求項９】上記合わせ鏡の稜線に対して垂直方向に凹
面になっていることを特徴とする請求項１ないし８のい
ずれか記載の指向性反射スクリーン。
【請求項１０】上記合わせ鏡の稜線方向に凹面になって
いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載
の指向性反射スクリーン。
【請求項１１】上記合わせ鏡群の基体を樹脂材料で形成
することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記
載の指向性反射スクリーン。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれか記載の指
向性反射スクリーンと画像投影手段からなることを特徴
とする画像表示装置。
【請求項１３】画像投影手段が２個以上の画像を投影す
ることを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置。