JP2002107667A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体表示装置において光線数を多くすると一
つの視差画像情報が少なくなってしまい、光線数を少な
くすると光が眼に届かない場合があった。 【解決手段】 空間中に３次元実像を形成する表示装置
において、該実像の観察者側に近い端の近傍に透過率５
０％以上、透過光のごく一部（２０％以下）が拡散光と
なるスクリーンを設けることで光線数が少なくても焦点
調節を容易にし、かつ、スクリーンの奥の実像も観測で
きるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アミューズメン
ト、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バ
ーチャルリアリティ、広告看板などで利用可能な、立体
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から各種の立体視装置が知られてい
るが一般にその原理は複数の視差画像を表示してそれら
を再構成することにより立体感を得るようにしたもので
ある。

【０００３】しかしながら、例えば２眼式では焦点位置
はディスプレイ面にあり、注視物体のある輻輳位置とは
空間的ずれがあり、いわゆる焦点調節と輻輳距離の不一
致から再現される空間に違和感が生じて疲れやすいとい
う問題がある場合が多かった。

【０００４】これに対し、体積表示型と呼ばれる方式は
三次元空間内に文字通り体積表示するもので自然な立体
視が可能である。ただし、この場合には表示面を機械的
に高速で動かす必要があるなど実現が困難であった。

【０００５】これを解決する方法として光線再生法と呼
ばれる「微小光源アレイと、該微小光源アレイから焦点
距離だけ離れて配置された結像レンズと、前記微小光源
アレイと結像レンズの間に配置された再生用画像記録媒
体とを有する立体像再生部とにより構成されていること
を特徴とする立体像記録再生装置」が特開平10-239785
に述べられている。

【０００６】この方法では、例えば図４に示すように、
白色光源３０１と、拡散板３０２と、フーリエ変換レン
ズ３０３と、ピンホールアレイ板３０４とを用いて二次
元配列された複数の微小光源を形成する。各光源（ピン
ホール）からの光は、再生用記録画像３０８の情報を載
せて結像レンズ３０５により再生像３０６として空間中
に結像される。なお、結像系の結像レンズ３０５は、ピ
ンホール面３０４から焦点距離ｆだけ離して設けられ、
立体像再生用記録画像３０８は、ピンホールアレイ板３
０４と結像レンズ３０５の間に置かれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の立体表示装置で
は、Ｎ本の異なる方向に射出された光線は、Ｎ個のピン
ホールを経由して結像系（結像レンズ３０５等）に進
み、さらに、観測者３０７へと進む。このＮ本の光線の
いずれかが、観測者３０７の網膜上に届けば、この点が
観測者に見えるわけである。

【０００８】しかしながら、一般に光線の本数を多くし
たいが、ピンホールの密度を高くしすぎるとピンホール
画像が小さくなり、画像情報が少なくなってしまう。一
方、光線数を少なくすると、光線間に隙間ができるた
め、光が眼に届かない場合があり、この部分の像情報が
得られなくなってしまうという問題点があった。

【０００９】従来、これに対して、眼の応答速度より速
く、時間的にピンホールの位置を動かし、画像もそれに
合わせて表示する時分割表示法が考案されているが、こ
の方法ではある程度解決可能であるが、非常に複雑な可
動手段が必要となってしまうという問題があった。

【００１０】また、従来の立体表示装置では、立体像再
生用記録画像３０８が、ピンホールアレイ板３０４と結
像レンズ３０５の間に置かれているため立体像再生用記
録画像３０８で散乱した光が見えてしまうという問題も
あった。

【００１１】本発明はこれらの問題を解決するためにな
されたものであり、視差画像情報の載った光線群を多方
向から入射させて三次元実像を形成させる立体表示装置
において、複雑な可動手段を必要としない簡単な構成に
より、より精細な三次元実像を形成し、自然な立体視を
実現させることを、その課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に係る発明は、視差画像情報の載った光線群
を多方向から入射させ、該光線群の輻輳位置に３次元実
像を形成する立体表示装置において、前記輻輳位置に前
記光線群を拡散させる拡散部を設けたことを特徴とする
立体表示装置である。

【００１３】なお、請求項１に記載の立体表示装置にお
いて、前記拡散部は、透過率が約５０％以上で、且つ透
過光の２０％以下が拡散光となる材料で形成されている
ことが好ましい。

【００１４】また、請求項１又は２に記載の立体表示装
置において、前記拡散部は、前記３次元実像が形成され
る範囲の観察者側に設置されたフィルム材で構成されて
いることが好ましい。

【００１５】さらに、請求項１又は２に記載の立体表示
装置において、前記拡散部は、前記３次元実像が形成さ
れる範囲に、所定間隔で配列された複数枚のフィルム材
で構成することができる。

【００１６】これらの発明によれば、拡散部において光
線群の一部が拡散されるため、光線群の隙間が拡散光に
より補完され三次元実像を形成する光があらゆる方向に
ついてほぼ均等となる。このような構成にすることで観
察者が少ない光線数でも自然な立体視が可能となる。

【００１７】すなわち、観察者は、三次元実像を見る際
に、拡散部に僅かに映った３次元実像の一番手前側の像
を見ることになり、手前の像に焦点がいったん合うこと
でその実像の奥行きを見るときにも、自然に無意識のう
ちに視線や頭部を動かし、光線が眼に届くようになるわ
けである。

【００１８】このようなことが可能になる拡散部の条件
としては拡散部を通して奥が見えるように透過率が十分
高いこと、実像の一部が拡散部に映ることが重要であ
る。本発明者等は、このような条件を満たす範囲を実験
的に求めた結果、スクリーンの透過率は５０％以上であ
り、透過光の２０％以下がスクリーン面上で拡散光とな
ることが適していることを見出した。

【００１９】また、請求項５に係る発明は、画像情報の
載った光線群を多方向から入射させ、該光線群の輻輳位
置に３次元実像を形成する立体表示装置において、前記
光線群は、第一の光線群と第二の光線群とから形成さ
れ、光軸上に所定角度をもって設置されたハーフミラー
と、前記第一の光線群を発生し、前記ハーフミラーの後
方から該第一の光線群を透過させる第一の光源系と、前
記第二の光線群を発生し、前記ハーフミラーに該第二の
光線群を反射させる第二の光源系と、前記ハーフミラー
から射出された前記第一の光線群と前記第二の光線群と
を、前記輻輳位置に入射させる集光手段とを有すること
を特徴とする立体表示装置である。

【００２０】このような請求項５に係る発明によれば、
第一の光線群と第二の光線群とがハーフミラーにより重
ね合わされるため、光線の密度が２倍となり、より精細
な三次元実像を形成することができる。

【００２１】なお、上述した各立体表示装置において、
前記光線群は、視差画像群を記録した再生用画像記録媒
体に、微少光源アレイからの光を入射させることにより
発生され、前記再生用画像記録媒体を、前記微小光源ア
レイと、ピンホールアレイとの間に配置し、前記ピンホ
ールアレイから焦点距離だけ離れて配置された結像レン
ズにより前記光線群を集光し、前記三次元実像を形成す
ることが好ましい。

【００２２】このような構成によれば、微小光源アレイ
と、ピンホールアレイとの間に再生用画像記録媒体を配
置し、ピンホールから焦点距離だけ離れて配置された結
像レンズにより立体像を再生することで再生用画像記録
媒体で散乱された光をピンホールで遮断することがで
き、より精細な三次元実像を形成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００２４】［第１の実施形態］ （立体表示装置の構成）図１は、本発明の第１の実施形
態に係わる立体表示装置の構造を示す図である。

【００２５】同図に示すように、本実施形態に係る立体
表示装置は、白色光源１０１と、拡散板１０２と、フー
リエ変換レンズ１０３と、再生用記録画像１０８と、ピ
ンホールアレイ板１０４と、結像レンズ１０５と、光線
群を拡散させる拡散部１０９とを有している。

【００２６】前記、白色光源１０１、拡散板１０２及び
フーリエ変換レンズ１０３は、微少光源アレイ１１１を
構成するものであり、白色光源１０１から発生した光
は、拡散板１０２により微少な光線群に分光され、フー
リエ変換レンズ１０３で各々集光されて微少光源を形成
する。ピンホールアレイ１０４は、微少孔が多数設けら
れた板状体であり、再生用記録画像１０８で散乱した余
分な光を遮蔽するものである。

【００２７】再生用記録画像１０８は、被写体を複数の
方向から撮像して得られた視差画像が、微少光源からの
光が入射する位置に記録されている。また、結像レンズ
１０５は、視差画像情報を載せた光線群を、被写体を撮
像した方向と一致する方向へそれぞれ屈折させ、輻輳位
置１０６において交差させるものである。

【００２８】なお、本実施形態において、結像系の結像
レンズ１０５は、ピンホールアレイ板１０４から焦点距
離ｆだけ離して設けられ、再生用記録画像１０８は、微
少光源アレイ１１１と、ピンホールアレイ板１０４との
間に置かれている。

【００２９】拡散部１０９は、本実施形態では、透過率
が約９０％で、且つ透過光の３％が拡散光となる材料で
形成された、フィルムやスクリーンを用いており、３次
元実像が形成される範囲である輻輳位置１０６の観察者
１０７側に、光軸に対して垂直に設置されている。

【００３０】（立体表示装置の作用・効果）このような
構成の本実施形態に係る立体表示装置では、白色光源１
０１から射出された光線は、拡散板１０２で所定方向に
分光され、各分光はフーリエ変換レンズ１０３によって
それぞれ集光されて、ピンホールアレイ板１０４を経て
二次元配列された複数の微少光源を形成する。これらの
微少光源は、再生用記録画像１０８を通過する際に、再
生用記録画像１０８に記録された視差画像情報を載せた
光線群となり、これらの光線群は、結像レンズ１０５に
よって所定方向へ屈折され、輻輳位置において交差し、
三次元実像を形成する。

【００３１】すなわち、輻輳位置１０６よりも観察者１
０７側においては、被写体を撮像した方向と一致する方
向に各視差画像の光が射出され、被写体によって反射さ
れる光と同等の光が観察されることとなり、輻輳位置１
０６に三次元実像が再構成されることとなる。そして、
輻輳位置１０６からの光は、拡散部１０９を透過した
後、その一部が拡散される。

【００３２】拡散部１０９を設けた場合、拡散部１０９
上には３次元実像の観察者側の端が投影されるため、三
次元実像に対する焦点調節を容易に行うことができ、ま
た、拡散部１０９を通して奥行きを観察することも可能
である。さらには、再生用記録画像１０４からの散乱光
も除かれており、良質な立体像が観測可能となる。

【００３３】［第２の実施形態］ （立体表示装置の構成）図２は、本発明の第２の実施形
態に係わる立体表示装置の構造を示す図である。本実施
形態では、上述した第１実施形態において輻輳位置１０
６の観察者１０７側に一枚だけ設けた拡散部１０９を、
３次元実像が形成される範囲である輻輳位置１０６に、
所定間隔で複数枚配列したことを特徴とする。

【００３４】同図に示すように、本実施形態に係る立体
表示装置も、第１実施形態の場合と同様に、白色光源１
０１から射出された光線は、拡散板１０２、フーリエ変
換レンズ１０３、及びピンホールアレイ板１０４により
形成された微少光源を、視差画像情報を載せた光線群と
し、これらの光線群を、結像レンズ１０５によって所定
方向へ屈折させ、輻輳位置１０６において三次元実像を
形成する。

【００３５】そして、本実施形態では、輻輳位置１０６
には、複数枚のフィルム１０９ａ〜１０９ｄが配置され
ており、輻輳位置１０６に入射する光は、前段のフィル
ム１０９ａから後段の１０９ｄにわたって順次透過・拡
散される。

【００３６】（立体表示装置の作用・効果）このような
本実施形態に係る立体表示装置によれば、複数枚配列さ
れたフィルム１０９ａ〜１０９ｄに、被写体の奥行きに
距離に応じた立体画像が表示されるため、三次元実像に
対する焦点調節をより容易に行うことができ、また、拡
散部１０９ａ〜１０９ｄを通して奥行きを観察すること
も可能である。さらには、再生用記録画像１０４からの
散乱光もより確実に除かれており、良質な立体像が観測
可能となる。

【００３７】［第３の実施形態］図３は、本発明の第３
の実施形態に係わる立体表示装置の構造を示す図であ
る。同図に示すように、本実施形態に係る立体表示装置
も、上述した第１及び第２の実施形態と同様に、画像情
報の載った光線群を多方向から入射させ、光線群の輻輳
位置２０６に３次元実像を形成するものである。

【００３８】具体的には、本実施形態に係る立体表示装
置は、光軸Ｌ上に所定角度をもって設置されたハーフミ
ラー２１１と、ハーフミラー２１１の背後に配置された
第一の光源系２０１と、光軸Ｌと直行する位置に配置さ
れた第二の光源系２０２と、ハーフミラー２１１から射
出された第一の光線群と前記第二の光線群とを輻輳位置
２０６に入射させる集光手段である結像レンズ２０５と
を有している。

【００３９】第一の光源系２０１は、第一の光線群を発
生し、ハーフミラー２１１の後方から第一の光線群を透
過させるものであり、白色ＬＥＤ（図示せず）と、第一
のピンホールアレイ２０４と、第一の再生用記録画像２
０８とから構成されている。また、第二の光源系２０２
は、第二の光線群を発生し、ハーフミラー２１１に第二
の光線群を反射させるものであり、白色ＬＥＤ（図示せ
ず）と、第二のピンホールアレイ２０９と、第二の再生
用記録画像２１０とから構成される。

【００４０】第一の光源系２０１では、白色ＬＥＤから
の光線群はピンホールアレイ２０４を経て、第一の再生
用記録画像２０８を通過する際に視差画像情報を載せ、
ハーフミラー２１１を透過し、結像レンズ２０５に入射
される。同時に、第二の光源系２０２では、白色ＬＥＤ
で発生された光線群は、ピンホールアレイ２０９を経
て、第二の再生用記録画像２１０の視差画像情報を載せ
てハーフミラー２１１により進行方向を直角に曲げられ
結像レンズ２０５に入射される。

【００４１】そして、ハーフミラー２１１に入射された
第一及び第二の光線群は、ハーフミラー２１１より重ね
合わされて合成されることとなる。そして、合成された
光線群は結像レンズ２０５で所定方向（被写体を撮影し
た方向に一致する方向）に屈折され輻輳位置２０６で交
差し、三次元実像を形成する。

【００４２】（立体表示装置による作用・効果）このよ
うな本実施形態に係る立体表示装置によれば、２系統の
光源系からの光線群を重ね合わせることから、観察者２
０７側では、従来の２倍の密度の視差画像数が得られ
る。例えば、第一の再生用記録画像２０８に５０個の視
差画像情報を記録し、第二の再生用記録画像２１０にも
５０個の視差画像情報を記録しておいた場合には、合成
された三次元実像は、１００個の視差画像情報から形成
されることとなるため、ごく自然な立体視が可能とな
る。

【００４３】なお、本実施形態においては、再生用記録
画像２０８，２１０から射出された光は、直接結像レン
ズ２０５に入射されているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、再生用記録画像２０８又は２１０と、
結像レンズ２０５との間にピンホールアレイを追加し、
再生用記録画像２０８及び２１０で散乱される余分な光
を遮蔽するようにしても良い。このとき、結像レンズ２
０５は、追加されたピンホールアレイから焦点距離だけ
離れて配置することが好ましい。

【００４４】［変更例］なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。例えば第１の実施例と
第３の実施例を組み合わせて構成することもでき、詳細
は仕様に応じて適宜変更可能である。

【００４５】例えば、第３の実施形態では、光線群の密
度が高いため輻輳位置２０６に拡散部１０９に相当する
構成を設けなかったが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、第１の実施形態と同様に、輻輳位置２０６
に、拡散部１０９に相当する透過率と拡散率を有するフ
ィルムやスクリーン等を設けてもよい。また、このフィ
ルムやスクリーンは、第２実施形態と同様に、複数枚を
所定間隔で配列させるようにすることもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、視
差画像情報の載った光線群を多方向から入射させて三次
元実像を形成させる立体表示装置において複雑な可動手
段を必要としない簡単な構成により、より精細な三次元
実像を形成し、自然な立体視を実現させることができ
る。

【００４７】この結果、従来得られなかった自然な立体
視が可能な高性能の立体表示装置を、低コストで実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる立体表示装置の構造を
示す概略構成図。

【図２】第２の実施形態に係わる立体表示装置の構造を
示す概略構成図。

【図３】第３の実施形態に係わる立体表示装置の構造を
示す概略構成図。

【図４】従来の立体表示装置の構成を示す概略構成図。

【符号の説明】

１０１・・・白色光源 １０２・・・拡散板 １０３・・・フーリエ変換レンズ １０４・・・ピンホール １０５・・・結像レンズ １０６・・・輻輳位置 １０７・・・観察者 １０８・・・再生用記録画像 １０９・・・スクリーン（拡散部） １１０・・・スクリーン上に投影された実像 ２０４・・・第一のピンホールアレイ ２０５・・・結像レンズ ２０６・・・輻輳位置 ２０７・・・観察者 ２０８・・・第一の再生用記録画像 ２０９・・・第二のピンホールアレイ ２１０・・・第二の再生用記録画像 ２１１・・・ハーフミラー ３０１・・・白色光源 ３０２・・・拡散板 ３０３・・・フーリエ変換レンズ ３０４・・・ピンホールアレイ ３０５・・・結像レンズ ３０６・・・輻輳位置 ３０７・・・観察者 ３０８・・・再生用記録画像

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視差画像情報の載った光線群を多方向か
   ら入射させ、該光線群の輻輳位置に３次元実像を形成す
   る立体表示装置において、 前記輻輳位置に前記光線群を拡散させる拡散部を設けた
   ことを特徴とする立体表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の立体表示装置におい
   て、 前記拡散部は、透過率が約５０％以上で、且つ透過光の
   ２０％以下が拡散光となる材料で形成されていることを
   特徴とする立体表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の立体表示装置に
   おいて、 前記拡散部は、前記３次元実像が形成される範囲の観察
   者側に設置されたフィルム材で構成されていることを特
   徴とする立体表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の立体表示装置に
   おいて、 前記拡散部は、前記３次元実像が形成される範囲に、所
   定間隔で配列された複数枚のフィルム材で構成されてい
   ることを特徴とする立体表示装置。
5. 【請求項５】 画像情報の載った光線群を多方向から入
   射させ、該光線群の輻輳位置に３次元実像を形成する立
   体表示装置において、 前記光線群は、第一の光線群と第二の光線群とから形成
   され、 光軸上に所定角度をもって設置されたハーフミラーと、 前記第一の光線群を発生し、前記ハーフミラーの後方か
   ら該第一の光線群を透過させる第一の光源系と、 前記第二の光線群を発生し、前記ハーフミラーに該第二
   の光線群を反射させる第二の光源系と、 前記ハーフミラーから射出された前記第一の光線群と前
   記第二の光線群とを、前記輻輳位置に入射させる集光手
   段とを有することを特徴とする立体表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５に記載の立体表示装置に
   おいて、 前記光線群は、視差画像群を記録した再生用画像記録媒
   体に、微少光源アレイからの光を入射させることにより
   発生され、 前記再生用画像記録媒体を、前記微小光源アレイと、ピ
   ンホールアレイとの間に配置し、前記ピンホールアレイ
   から焦点距離だけ離れて配置された結像レンズにより前
   記光線群を集光し、前記三次元実像を形成することを特
   徴とする立体表示装置。