JP2002277824A - 同一中心の自動立体光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 仮想立体映像を観察する自動立体光学装置を
提供する。 【解決手段】 この同一中心の自動立体光学装置１０
は、電子的に生成され、湾曲面に投射された仮想映像を
観察するために用いられる。左右の映像部材について
は、分離された光学システムは、映像生成システム７０
ｌ、７０ｒ、投射システム７２とからなる。この投射シ
ステムは、球状拡散面４０と広角視野が得られる球状レ
ンズ３０とからなる。光学部材の同一中心配置によって
観察用ひとみ１４において球状レンズひとみ４８に映像
化し、投射部材について単一の曲面中心とすることがで
きる。拡散面４０、球状レンズ３０の同一中心配置を用
いることによって大きな観察用ひとみ１４を備えた非常
な広角視野を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概して電子的に生
成された映像を観察する自動立体ディスプレイシステム
に関する。本発明は、特に、超広角範囲の映像と大きな
出射ひとみ(exitpupil)を提供するための光学部材を同
一中心に配置する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動立体ディスプレイシステムの潜在的
価値は、娯楽やシミュレーションの世界で特に広く理解
されている。自動立体ディスプレイシステムには、超広
角視野を有する３次元映像で観察者を映像的に取り囲ん
で、観察者に現実的な映像体験を与えることを意図した
「没入（イマージョン(immersion)）」システムを含ん
でいる。より大きな立体ディスプレイのグループと区別
するとすれば、この自動立体ディスプレイは、ゴーグ
ル、ヘッドギア、それに特殊眼鏡等が着用するタイプの
アイテムを必要としない点で特徴付けられる。すなわ
ち、観察者にとって「自然」な観察条件を提供しようと
するものである。

【０００３】SID 99ダイジェストにおける論文「Autost
ereoscopic Properties of Spherical Panoramic Virtu
al Displays(仮想パノラマ的球面ディスプレイの自動立
体視特性)」において、Ｇ．Ｊ．キンツ(Kints)氏によっ
て広角視野を備えた自動立体ディスプレイを提供する一
つの方法を示されている。キンツの方法を用いると、眼
鏡やヘッドギアは不要となる。しかし、ＬＥＤ発光器ア
レーを備え、素早く回転している球殻の中に観察者の頭
を位置させなければならず、同一中心ミラーによって映
像化され、コリメートされた仮想映像を形成する。キン
ツの方法は、広角視野を有する真の自動立体システムに
ついての一つの答えを与えるものであるが、その一方、
重大な欠点を有している。キンツの方法の欠点の一つ
は、観察者の頭を素早く回転している表面に近づけるこ
とが必要な点である。このような方法では、回転してい
る表面上の部材との接触による事故や傷害の起こる可能
性を最小限にすることが必要である。たとえ保護用にシ
ールドしていても、高速に移動している表面に近いと、
少なくとも観察者を不安にさせてしまう。さらに、この
ようなシステムの使用においては、頭を動かすにあたっ
て大きな制限を課している。

【０００４】別の種類の自動立体視システムでは、観察
者の目の上の一対の投射器の出射ひとみへ映像化させて
おり、これについて、S.A.ベントン(Benton)氏らの論文
（「Micropolarizerbased multiple-viewer autostereo
scopic display」Stereoscopic Displays and Virtual
Reality Systems VI, SPIE, １月、1999）に要約されて
いる。上述の論文でベントンらによって要約されている
ように、ひとみによる映像化は、大きなレンズや鏡面を
用いて実現される。映像化されたひとみに目をあわせる
と、観察者は、クロストークもなく、またいかなる種類
の眼鏡類も装着することなく、立体的な場面を見ること
ができる。

【０００５】容易にわかるように、広角視野と大きな出
射ひとみを備えた３次元映像を示すことによって、ひと
み映像を用いた自動立体ディスプレイシステムによって
得られる映像体験の現実性を高めることができる。窮屈
な制約なく頭を移動させることができ、観察者がゴーグ
ルやその他の装置を着用する必要なく、観察者が快適に
座ることができる場合には、このシステムによって最も
効果的に没入観察作用を得られる。十分に満足な３次元
映像のために、このシステムによって左右の目に離れ
た、高解像度の映像を提供する。また、容易に理解され
るように、このシステムは、使用可能な実際の小さなフ
ロア空間を占めるにもかかわらず、深く、広い世界の幻
影を創造するために、コンパクト性の点で最も好まれて
設計されている。最も現実的な映像体験のために、大き
な間隔を空けて現れるように配置された仮想映像を観察
者に示されるべきである。

【０００６】また、「両眼転導」及び「遠近調節」に連
動する強いきっかけ(depth cue)の間の不一致は映像体
験に不利な影響を与えることが知られている。「両眼転
導」とは、物の分離した映像を視野内に融合させるため
に、観察者が目を交差させなければならない角度をい
う。「両眼転導」が減ると、観察物の消失がより遠くな
る。「遠近調節」とは、対象物に網膜の焦点を合せてお
くために観察者の目のレンズ形状を変化させることをい
う。「両眼転導」及び「遠近調節」についての強いきっ
かけの不適当な組合せにある時間の間さらされた場合に
は、観察者の深い知覚(depth perception)は、一次的に
低下することが知られている。また、この深い近くへの
負の効果は、「遠近調節」のきっかけが遠くの映像位置
に対応する場合には、緩和されることが知られている。

【０００７】従来の自動立体ディスプレイ・ユニットの
例は、米国特許第５６７１９９２号に記載されている。
この場合、観察者は座って、それぞれの目についての分
離投射器から生成された映像を用いて創造され、複数の
鏡からなる映像システムを用いて観察者に送出された３
次元効果を知覚して体験する。

【０００８】立体映像に関する従来の解答は、上記のい
くつかの試みを扱っているが、改善の余地がある。例え
ば、初期の立体視システムでは、３次元映像体験を得る
ために、特別なヘッドギア、ゴーグル、あるいは眼鏡を
用いていた。このようなシステムの正に一つの例として
は、米国特許第６０３４７１７号には、３次元映像を創
造するために選択的に適当な映像をそれぞれの目に見せ
るために、観察者は受動的に偏光する一組の眼鏡を装着
する必要のある投射ディスプレイ・システムが記載され
ていた。

【０００９】確かに、シミュレーション用途などのよう
に、ある種類のヘッドギアが立体視映像用として適当と
思われる場面もある。このような用途のために、米国特
許第５５７２２２９号には、広角視野の立体映像が得ら
れる投射ディスプレイヘッドギアが記載されている。し
かし、米国特許第５６７１９９２号の装置に記載のよう
に、可能であれば、観察者がどの種類の装置も装着する
必要がないほうが立体映像を提供する上で有利である。
また、頭を動かす自由度があるほうが有利である。一
方、米国特許第５９０８３００号（ウォーカー(Walker)
他）には、観察者の頭を固定位置に保持するハンググラ
インディングのシミュレーションシステムが記載されて
いる。このような方法は、ウォーカーらによって記載さ
れた限定されたシミュレーション環境では許容されるか
もしれないし、装置全体の光学的設計を簡単化できるか
もしれないが、頭の移動を制約していることは没入シス
テムにおいては不都合である。特に、ウォーカーらの特
許に記載されているシステムでは、狭い映像アパーチャ
を用いており、事実上、視野を制限している。オフ−ア
クシス方向に配置された複雑な従来の投射レンズは、米
国特許第５９０８３００号に記載されている装置に用い
られている。この投射レンズは、所望の出射ひとみサイ
ズを得るように設計されている。

【００１０】観察者から２つの異なる距離だけ離れた２
つのスクリーンの組み合わされた映像をビームスプリッ
タを介して観察者に示して立体視効果を与える多くのシ
ステムが開発されている。これによって、米国特許第５
２５５０２８号に記載されているように立体映像の幻影
を創造することができる。しかし、この種のシステム
は、小さい視野角に制限され、そのため、没入映像体験
を与えるには好ましくない。それに加えて、このシステ
ムを用いて表示される映像は、観察者の近くに示される
実映像であり、そのため、上述の「両眼転導」や「遠近
調節」の問題を引き起こしやすい。

【００１１】よく知られているように、「両眼転導」及
び「遠近調節」の効果を最小にするために、３次元映像
システムは、観察者から相対的に遠く離れた位置で、実
映像又は仮想映像のいずれであっても、一対の立体映像
を表示しなければならない。実映像に関しては、これ
は、大きなディスプレイ・スクリーンを用いなければな
らないことを意味しており、好ましくは、観察者から適
当な間隔を空けて配置されている。しかし、仮想映像に
関しては、米国特許第５９０８３００号に記載されてい
るように、比較的小さい湾曲鏡面を用いることができ
る。湾曲鏡面は、コリメータとして機能し、観察者から
遠く離れたところで仮想映像を提供する。別の立体映像
システムは、伸張可能なメンブラン・ミラーを用いてい
る論文「Membrane Mirror Based Autostereoscopic Dis
play for Tele-Operation and Telepresence Applicati
ons」（Stereoscopic Displays and Virtual Reality S
ystemVII, Proceedings of SPIE, Volume 3957(McKay
（マッカイ）, Mair, Mason, Revie)）に記載されてい
る。マッカイの論文に記載されている装置は、従来の投
射光学を利用していることと、メンブラン・ミラーの曲
面を制限する次元的な制約のために、視野が制限されて
いる。

【００１２】また、湾曲鏡面は、立体システムにおい
て、実映像を提供するためにも用いられ、この場合に
は、湾曲鏡面はコリメータとしては用いられない。この
ようなシステムは、例えば、米国特許第４６２３２２３
号及び米国特許第４７９９７６３号に記載されている。
しかし、これらのシステムは、狭い視野が必要とされる
場合にのみ好ましい。

【００１３】特に、たとえ湾曲面から反射された映像で
あっても、平坦なスクリーンにその映像を投射する立体
投射に関する解答(solution)はある。これによって、望
ましくない歪み、その他の映像の収差を招き、そのため
視野を制限し、映像品質全体を制限してしまう。

【００１４】光学的な観点からは、ひとみ映像を用いた
自動立体視設計が有利と思われる。ひとみ映像に関して
設計されたシステムは、左右のひとみに対応して分離さ
せた映像を提供し、ゴーグルや特殊なヘッドギア等を除
いた最も自然な映像観察を提供するはずである。これに
加えて、動きにある程度の自由度を許し、超広角視野を
提供するためには、観察者に最大限可能な大きさのひと
みを提供するシステムが有利である。これらのそれぞれ
の要求を満足させることが困難なことは光学業界におい
て知られている。理想的な自動立体映像システムによれ
ば、より十分な満足度と、現実感のある映像体験を与え
るという課題を満足させるはずである。加えて、このシ
ステムでは、高輝度及び高コントラストな現実感ある映
像化に関する十分な答えを与えるはずである。さらに、
システムを狭い面積に納める必要から生じる物理的な制
約と、眼間の離間による次元的な制約について考慮すべ
きであり、その結果、それぞれの目に向けられる分離映
像は、都合よく間隔を空けて、観察用に正しく分離され
ている。なお、投射レンズの大きさを簡単に調整するこ
とによって、より大きな直径のひとみを得る試みがある
が、眼間間隔の制約のために、超広角視野を得られるよ
り大きな直径のひとみを得る可能性は制限されている。

【００１５】米国特許第３７４８０１５号（オフナー）
には、単一倍率用に設計された映像システムにおける曲
面の中心が一致するように配置された球状ミラーについ
て示している。この米国特許第３７４８０１５号に記載
されているように、同一中心映像システムは、平坦物の
高輝度映像について非常に有利である。このオフナーの
特許公報に記載されている同一中心配置によって、複数
種類の映像収差を最小化することができ、概念的に簡単
であり、それによって、高輝度の反射映像システム用の
簡単化された光学設計を得ることができる。また、米国
特許第４３３１３９０号に記載のように、鏡面及びレン
ズの同一中心配置は、広角視野を有する望遠鏡システム
についても有利であることが知られている。しかし、全
体の簡単化、歪み及び光学収差の最小化についての同一
中心配置の利点は分かるが、その一方、このようなデザ
イン・コンセプトを、妥当な狭い占有面積で、広角視野
と大きな出射ひとみとを必要とする没入システムにおい
て実現することは困難である。さらに、完全な同一中心
構造では、左右のひとみに関して分離された映像を必要
とする完全な立体映像についての要求を満足させること
はできない。

【００１６】米国特許第５９０８３００号に記載されて
いるように、従来、ひとみ映像方式自動立体ディスプレ
イの投射レンズとして、広角投射レンズが用いられてい
る。しかし、従来方法には多くの不利益がある。角度の
ある視野を実現し、効果的な没入映像に必要な広角レン
ズシステムは非常に複雑であり、コスト高ともなる。大
判カメラの普通の広角レンズ、例えば、ドイツのイェー
ナのカール・ツアイス・スティッフン社製のBiogon（登
録商標）等は、７５度の視野角を実現できる。このBiog
onレンズは、７つのレンズ部材からなり、提供するひと
みサイズはたった１０ｍｍであるのに、８０ｍｍを超え
る直径を有する。より大きなひとみサイズのためには、
サイズに合せた大きさにレンズを設計する必要がある
が、このレンズ体の大きな直径は、観察位置の眼間間隔
の点から立体視没入システム用としては難しい。左右の
目に装着するアセンブリをそれぞれの位置に配置するよ
うにレンズをカッティングするのはコストがかかり、そ
のため、人の眼間の離間に一致するように一対のレンズ
ひとみの間隔を空けるようにするには、製造上の困難な
問題がある。眼間間隔の制限によって、それぞれの目へ
の投射装置の空間位置を制限し、簡単なレンズのスケー
リングによるひとみサイズのスケーリングを妨げる。さ
らに、効果的な没入システムによれば、最も都合よく、
好ましくは９０度以上の超広角視野を得ることができ、
好ましくは２０ｍｍ以上の大きな出射ひとみを提供する
ことができる。

【００１７】別の大きな視野の用途について、米国特許
第５９４０５６４号に記載されているように、球状レン
ズは特定の光学機能用に持ちられ、部分的に小型化され
た球状レンズは、光ファイバ結合及び伝送用途で用いら
れる。この米国特許第５９４０５６４号には、結合装置
内の小型の球状レンズを用いた場合の利点を示してい
る。米国特許第５２０６４９９号に記載されているよう
に、より大きな規模では、球状レンズは天文観測装置に
用いられている。米国特許第５２０６４９９号には、オ
フ−アクシスの収差と歪みとを最小にしながら、６０度
以上の広角視野を得ることができるので、球状レンズは
用いられている。特に、単一の光学軸としなかったこと
によりいずれの光も球状レンズを介して透過し、その光
学軸を画定すると思われる。入射光の角度変化によって
も照度減少が低いため、球状レンズは、光を空間から多
数のセンサに指向させるために好ましく用いられてい
る。特に、球状レンズの出射点におけるフォトセンサ
は、湾曲焦点面に沿って配置されている。

【００１８】また、米国特許第５３１９９６８号に記載
されているように、広角映像用の球形又は球状レンズ
は、宇宙船の飛行姿勢を測定する装置に用いられてい
る。この場合、ミラー・アレーから球状レンズを介して
光線が照射される。このレンズの形状は、レンズを通過
する光ビームが通常の状態で映像面に投射されるので、
都合がよい。そこで、光線はレンズの中心に向って屈折
するので、その結果、広角視野を有する映像システムを
得ることができる。

【００１９】球状レンズ特性の別の用途について、米国
特許第４８５４６８８号に記載されている。米国特許第
４８５４６８８号に記載の光学配置では、パイロット用
のヘッドギアに付随される等、非線形経路に沿った２次
元映像の伝送について示しており、球状レンズによっ
て、パイロットの視野のために無限遠で光学的にコリメ
ートされている入射映像を導く。球状レンズの広角映像
への別の利用可能性が米国特許第４１２４９７８号に記
載されている。この米国特許第４１２４９７８号には、
夜間観察用の両眼光学機器における対物レンズの一部と
しての球状レンズの使用が示されている。

【００２０】上述の各特許公報に示されている球状レン
ズの使用から、支持光学部材と連係して広角視野の映像
を提供する球状レンズの全体の可能性を示唆している。
しかし、特に、投射する映像が電子的に処理される没入
映像用装置に効果的に用いるためには、乗り越えるべき
課題がある。空間光変調器等の装置を用いた従来の電子
映像表現技術によって、平坦面に映像を提供できる。平
坦な映像化についての球状レンズ特性は、非常に貧弱で
ある。

【００２１】また、複数種類の広角視野を提供する光学
投射で扱うべき没入システムについての他の基本的な光
学的制限がある。ラグランジェ不変によって課される重
要な制限がある。どの映像システムもラグランジェ不変
に従うので、生成するひとみサイズとセミ−フィールド
角は、生成する映像サイズと数的アパーチャに一致し、
光学システムについての不変量である。これは、装置に
付随するラグランジェ値は小さいので、相対的に小さい
数的アパーチャにわたって動作させる相対的に小さい空
間光変調器や同様のピクセルアレーを映像生成器として
用いる場合の制限となる。しかし、大きなひとみサイズ
を有して広角視野を提供する（即ち、大きな数的アパー
チャ(numerical aperture)を有する）同一中心映像シス
テムでは、本質的に大きなラグランジェ値を有する。そ
のため、この同一中心映像システムを小さいラグランジ
ェ値を有する空間光変調器とともに使用すると、映像シ
ステムの視野又はアパーチャのいずれか、あるいはその
両方がラグランジェ値の不一致のために欠肉することが
ある。ラグランジェ不変の詳細については、「Modern O
ptical Engineering, The Design of Optical System
s」（Warren J. Smith, McGraw-Hill社発行、第42-45
頁）に詳しい。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、自動映像につ
いてのいくつかの要求を満足する従来法があるが、さら
に改良された自動立体映像装置が必要とされている。こ
の装置によれば、構造的に簡単な装置を提供し、収差及
び映像歪みを最小にし、広角視野、大きなひとみサイ
ズ、それに人の眼間間隔の制限についての要求を満足す
る。

【００２３】本発明の目的は、仮想立体映像を観察する
自動立体光学装置を提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態によ
れば、本発明の同一中心の自動立体光学装置は、観察者
が左観察用ひとみで観察する左映像と、前記観察者が右
観察用ひとみで観察する右映像とからなる仮想立体映像
を観察するために用いる同一中心の自動立体光学装置で
あって、前記装置は、（ａ）前記左観察用ひとみで観察
される前記左映像を形成する左光学システムであって、
前記左光学システムは、（１）左映像生成器と、左中間
映像を形成する左中継レンズとからなり、シーン内容を
提供する左映像生成システムと、（２）前記左中間映像
を受取る左球面的湾曲拡散面を備え、前記左球面的湾曲
拡散面は、左球状レンズの中心と実質的に同じ曲面中心
を有し、前記左球状レンズは、前記左球面的湾曲拡散面
から間隔を空けて配置されていることによって左湾曲映
像が形成され、前記左湾曲映像は実映像であって、前記
左湾曲映像の中心は、前記球状レンズの曲面の中心と一
致し、前記左球状レンズは左球状レンズひとみを有する
左投射システムとからなる左光学システムと、（ｂ）前
記右観察用ひとみで観察される前記右映像を形成する右
光学システムであって、前記右光学システムは、（１）
右映像生成器と、右中間映像を形成する右中継レンズと
からなり、シーン内容を提供する右映像生成システム
と、（２）前記右中間映像を受取る右球面的湾曲拡散面
を備え、前記右球面的湾曲拡散面は、右球状レンズの中
心と実質的に同じ曲面中心を有し、前記右球状レンズ
は、前記右球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置され
ていることによって右湾曲映像が形成され、前記右湾曲
映像は実映像であって、前記右湾曲映像の中心は、前記
球状レンズの曲面の中心と一致し、前記右球状レンズは
右球状レンズひとみを有する右投射システムとからなる
右光学システムと、（ｃ）前記左球状レンズと前記右球
状レンズとの間の中間に光学的な中心を有する曲面を備
えた湾曲鏡面と、（ｄ）前記左右湾曲映像を前記湾曲鏡
面に反射するように配置されたビームスプリッタであっ
て、前記湾曲鏡面は、前記左右湾曲映像の仮想立体映像
を形成するように配置され、前記湾曲鏡面は、前記ビー
ムスプリッタを介して、前記左観察用ひとみで前記左球
状レンズひとみの実映像及び前記右観察用ひとみで前記
右球状レンズひとみの実映像を形成する、ビームスプリ
ッタとを備える。

【００２５】本発明の特徴は、光学部材の同一中心的配
置を利用したことであり、これによって構造を簡単化で
き、収差を最小化し、さらに、大きな出射ひとみで広角
視野を提供する。

【００２６】本発明の他の特徴は、微小映像生成器の低
いラグランジェ制約を投射システムの大きなラグランジ
ェ制約に適合させるために、光学システム内に中間拡散
面を用いたことである。

【００２７】本発明のさらに別の特徴は、放射性湾曲面
からの光を投射することである。この配置によって、自
動立体光学装置及び多数の必要な支持光学部材の複雑さ
を最小にすることを助ける。

【００２８】本発明の利点は、小さい面積のディスプレ
イシステムに収納された光学部材のコンパクトな配置を
提供することである。

【００２９】さらに、本発明の利点は、高輝度、高コン
トラスト、及び超広角視野を備えた高解像度の電子的立
体映像が得られることである。本発明は、軽効率であっ
て、相対的に低いレベルの投射光しか必要としないシス
テムを提供する。

【００３０】本発明の利点は、従来の投射レンズシステ
ムのコストと比較した場合に、安価な広角立体投射につ
いての一つの答えを与えることである。

【００３１】さらに、本発明の利点は、観察者がゴーグ
ルやその他の装置を装着する必要がなく立体視の観察が
できることである。

【００３２】またさらに、本発明の別の利点は、ディス
プレイに関する観察者の配列が重要でない程度の十分な
大きさの出射ひとみを提供する。

【００３３】本発明の上述した目的、特徴、及び利点、
さらにその他の目的、特徴及び利点は、本発明の実施の
形態を図示して説明している図面を参照すると共に、本
明細書を読むことで当業者には理解される。

【００３４】

【発明の実施の形態】特に、本発明による装置の一部を
構成する部材、又は、この装置と共に同時に動作する部
材について、以下に説明する。なお、示されていない部
材及び説明については、当業者に周知の種々の形態をと
りうることは当然のこととして考えられている。

【００３５】図１には、自動立体映像システム１０の斜
視図が示されている。通常、観察者１２は、着席して左
右の観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒで仮想立体映像を見
る。最適な観察条件は、観察者１２の左右の目のひとみ
６８ｌ（図示せず）、６８ｒが左右の観察用ひとみ１４
ｌ、１４ｒの位置と一致する場合に得られる。

【００３６】映像は、右光学システム２０ｒから右球状
レンズ３０ｒを介してビームスプリッタ１６に送出され
る。右湾曲映像８０ｒは、右球状レンズ３０ｒと湾曲鏡
面２４との間に位置するように、前方焦点面２２に形成
される。

【００３７】なお、図１に示すように、観察者に見られ
る立体映像用の２つの部材がある。立体映像は、左湾曲
映像８０ｌと右湾曲映像８０ｒとからなる湾曲映像８０
である。左湾曲映像８０ｌ及び右湾曲映像８０ｒとは、
立体的な３−Ｄ効果を生じさせるために、場面の内容に
おいて明らかに相違している。観察者１２に見られる立
体映像は、左観察用ひとみ１４ｌで観察される左映像
と、右観察用ひとみ１４ｒで観察される右映像とからな
る。図１に示すように、システム１０における左右の光
路は、湾曲鏡面２４による映像形成のために交差してい
る。

【００３８】以下に、主として観察用ひとみ１４ｌ、１
４ｒのうちのいずれかに光を送出する光学部材について
説明する。なお、左右の球状レンズ装置３０ｌ、３０ｒ
まで含めると、左光学システム２０ｌ及び右光学システ
ム２０ｒについて、即ち、両方の光路用に同様の光学部
材が用いられる。以下に、左右光学システム２０の両方
について明確に説明する。左右の光路間の相違点は、明
確にする必要がある場合にのみ示される。以下の記載で
は、左の意味の添字”ｌ”や右の意味の”ｒ”は必要で
ないので除いている。

【００３９】もう一度図１を参照すると、観察者１２に
よって見られる立体映像は、鏡面２４による湾曲映像８
０から仮想映像として形成される。即ち、映像は湾曲鏡
面２４の表面に投射されたかのように観察者に見えるの
ではなく、その代わりに、湾曲鏡面２４の背後、鏡面２
４の背面と無限遠との間に見える。

【００４０】図１は、光学設計についての斜視図には解
決すべき重要な課題を示しており、本発明によって提供
される解答の概観も示している。最も日常的な立体視感
に達するために重要な設計上の考慮について概説する。
効果的な没入体験を提供するためには、従来技術を利用
して実現できる６０度以上の広角視野が重要である。観
察者に快適に利用してもらうためには、観察用ひとみ１
４ｌ、１４ｒは十分に大きくなければならない。設計の
目的として、本発明のシステム１０では、直径２０ｍｍ
以上の観察用ひとみ１４を備えた少なくとも９０度の視
野を提供するつもりである。

【００４１】図２には、自動立体映像システムにおける
主要な光学部材の概略図を示している。図２では、簡単
にするために左右の光路のうちの一つのみを示してい
る。実際には、自動立体映像システム１０は、例えば、
左映像生成システム７０ｌ及び左投射システム７２ｌと
からなる左光学システム２０ｌと、対応する部材からな
る右光学システム２０ｒとからなる。

【００４２】この２つの装置については、上述のよう
に、光学システム２０は、映像生成システム７０からな
る。また、映像生成システム７０は、場面内容をディス
プレイに供給する映像生成器７４からなる。好ましい実
施の形態によれば、映像生成器７４は、映像をピクセル
アレーとして供給する映像用回路（図示せず）によって
制御されている空間光変調器３６からなる。映像業界で
は周知なように、空間光変調器３６によって、光源３４
と偏光ビームスプリッタ３８とを協調させて中継レンズ
５４に入射する映像を形成する。

【００４３】図２に示すように、映像生成器５４から受
けた光は、複数のレンズからなる中継レンズ５４を介し
て拡散部材３２の上に入射される。左右の中間映像７６
ｌ／７６ｒは、拡散部材３２の湾曲拡散面４０に形成さ
れる。投射システム７２は、湾曲拡散面４０と球状レン
ズ装置３０とからなる。立体的投射システム８２は、左
投射システム７２ｌと右投射システム７２ｒとの両方を
備える。左右投射システム７２ｌ／７２ｒの両方につい
て、球状レンズ装置３０によって、左又は右の中間映像
７６ｌ／７６ｒをビームスプリッタ１６を介して湾曲鏡
面２４の前方焦点面２２に投射する。湾曲鏡面２４によ
って、観察者１２には湾曲鏡面２４の向こう側に見える
立体的な仮想映像を形成する。

【００４４】理解できるように、図１及び図２に示す部
材からなる装置によって、投射レンズの広角視野を達成
する試みの新規な手法が示されている。図示したよう
に、図４では、従来、どのように立体投射レンズの構造
を実現していたかを示している。図４に示すように、従
来のレンズの構造技術では、相当複雑な左目及び右目用
レンズ組立体１８ｌ、１８ｒの作製を必要とする。レン
ズ組立体１８ｌ、１８ｒをして各目に適切に投射するた
めには、レンズ組立体１８ｌ、１８ｒは、妥当な眼間間
隔２８の間にそれぞれ光学軸を有しなければならない。
ここで、眼間間隔とは、即ち、観察者１２の右目と左目
との間の間隔であり、およそ６０−７０ｍｍの範囲であ
る。この方法では、図４に線Ａ及び線Ｂで示したよう
に、レンズ組立体１８ｌ、１８ｒの構成部材にいくつか
のトランケーションを設ける必要がある。図４に示した
ような従来の解決方法では、コストがかかってしまい、
設計し、作製することも困難なことは光学業界の当業者
にとっては理解できる。本発明においては、図２及び図
５の最適な例に示すように、レンズ組立体１８ｌ／１８
ｒは、比較的少ない構成部材からなる投射システム７２
によって置き換えられる。

【００４５】図４に一部について示された従来方法と比
較のために、図５には、本発明の左右光学システム２０
ｌ、２０ｒによる別の概略図を示している。左右の光学
システム２０ｌ、２０ｒによって、それぞれの光学軸を
有する２つの投射システムを協調させている。なお、各
光学軸は平行である必要はないが、別々の収束点に向け
られている必要がある。図２で示したように、中継レン
ズ組立体５４ｌ、５４ｒによって、左右中間映像７６
ｌ、７６ｒを湾曲拡散面４０ｌ、４０ｒにそれぞれ形成
している。人の眼間の大きな範囲を越えて見ることがで
きる立体映像を提供するために、球状レンズ３０ｌ、３
０ｒは、都合の良いように平均的な間隔、即ち、経験的
に得られた眼間間隔２８だけ離されている。通常の眼間
間隔は、５５ｍｍから７５ｍｍの間である。好ましい実
施の形態では、６０ｍｍから７０ｍｍの範囲であり、６
５ｍｍが最適である。

【００４６】球状レンズ組立体３０の操作 球状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒは、連結されている左
右光学システム２０ｌ／２０ｒについての投射レンズと
して機能する。図３には、各球状レンズ組立体３０を構
成する同心状配置が示されている。中心の球形レンズ４
６は、凹凸レンズ４２、４４の間に配置されている。こ
こで、凹凸レンズ４２、４４は、光学設計業界では周知
のように、軸上の球面収差及び色収差が極小となる屈折
率及び他の特性を有する。絞り４８によって球状レンズ
組立体３０内の入射ひとみ（entrance pupil）を制限し
ている。絞り４８は、物体でなくてもよく、それに代え
てトータルの内部反射等の光学的効果を用いて実現して
もよい。光路の点では、絞り４８は、球状レンズ組立体
３０に対する出射ひとみを画定するために使用すること
ができる。

【００４７】好ましい実施の形態においては、凹凸レン
ズ４２、４４は、映像収差を減らすように、また、湾曲
鏡面２４へ投射された映像に関する映像品質を最適化す
るように選択される。なお、球状レンズ組立体３０は、
中心の球形レンズ４６を取り巻くいくつかの支持レンズ
からなっている。これらの支持レンズの表面は、中心の
球形レンズ４６に接した曲面の共通の中心Ｃを分けてい
る。ただし、多くの支持レンズが用いられる。さらに、
球状レンズ組立体３０のレンズ部材に使用されている屈
折体は、本発明の範囲内において替えてもよい。例え
ば、通常のガラスレンズに加えて、中心の球形レンズ
は、プラスチック、油やその他の液体、又は用途に応じ
て選択されるその他の屈折体を用いてもよい。凹凸レン
ズ４２、４４及び球状レンズ組立体３０の他の支持レン
ズは、本発明の範囲内であるガラス、プラスチック、収
納された液体、又は他の適当な屈折体からなるものであ
ってもよい。最も簡単な実施の形態では、球状レンズ組
立体３０は、余分の支持用屈折体を伴わない単一の球形
レンズ４６からなる。

【００４８】拡散部材３２の配置、物質、及び構成 図３を参照すると、湾曲拡散面４０は、中心Ｃについて
球状レンズ組立体３０と同心円状である。この同心円状
の配置によって、湾曲拡散面４０上に形成される左右の
中間映像の投射についてのフィールド収差（field aber
ration）を最小にすることができる。湾曲拡散面４０
は、光を球状レンズ組立体３０で受取る無数の分散点源
５０の組とみなすことができる。湾曲拡散面４０上に中
間映像を提供することによって、出射ひとみの大きさ及
び視野角でのラグランジュの不変の制約をそれぞれ乗り
越えることができる。図１に示した構成部材の点では、
湾曲拡散面４０は、立体投射システム８２の高いラグラ
ンジュ不変に、映像生成システム７０の特性である低い
ラグランジュ不変を合せる仲介装置として働く。ラグラ
ンジュ不変の制約を乗り越えることによって、湾曲拡散
面４０を使用することで球状レンズ組立体３０による広
角映像投射を行うことができる。

【００４９】湾曲拡散面４０の機能は、球状レンズ組立
体３０によって広角に映像を投射するために、中継レン
ズ組立体５４から中継された光を可能な限り明るく拡散
することである。最後に投射された映像を観察者１２が
観察するために、各点源５０によって球状レンズ組立体
３０の絞り４８をそれぞれ満たしていることが重要であ
る。これが達成された場合には、観察者１２は、観察用
ひとみ１４ｌ／１４ｒのところに目を合わせると、観察
用ひとみ１４ｌ／１４ｒの中のある点から投射された全
体の映像を見ることができる。

【００５０】好ましい実施の形態では、拡散部材３２
は、湾曲拡散面４０を提供するために被覆されたレンズ
からなる。湾曲拡散面についての適当な拡散性の被覆及
び処理は、光学業界の当業者には周知である。別の場合
として、湾曲拡散面４０は、地面、エッチングされた
面、又は所望の拡散特性を得るために所定の方法で処理
された面であってもよい。湾曲拡散面４０の拡散面の曲
面は、フィールド収差がなく、軸上収差が最小である投
射用の映像を得るために、球状レンズ組立体３０の曲面
と同心円状に配置されている。

【００５１】別の実施の形態では、拡散面４０は、図７
に示すように、ファイバ・オプティック・フェースプレ
ート５６を用いて実現できる。このファイバ・オプティ
ック・フェースプレート５６としては、例えば、マサチ
ューセッツ州カールトンのＩｎｃｏｍ社製によるものが
ある。通常、フラット・パネル・ディスプレイ用途に用
いられるファイバ・オプティック・フェースプレート５
６によって一方の面から他の面に映像を移送する。光学
システム２０の一部として、ファイバ・オプテイック・
フェースプレート５６は、２つの凹面形状を有する。左
右の中間映像７６ｌ、７６ｒは、入射凹面５８にフォー
カスされ、湾曲拡散面４０からなる出射凹面６０に移送
される。出射凹面６０は、湾曲拡散面４０の特性を向上
させるために光学業界の当業者に周知の複数の方法で処
理することができる。表面処理は、例えば、種々のグラ
インディング、研磨、又は拡散面を得ることができるそ
の他の方法や、又は、例えば、ホログラフィック・グレ
ーティングを用いて実現できる。別の場合として、拡散
しやすい被覆を出射凹面６０に行ってもよい。

【００５２】映像経路の同一中心構造 本発明は、図１に示すように、同一中心軸Ｍ及び等価な
点線Ｍについての映像経路の同一中心配置によって得ら
れる利点を利用している。図６には、自動立体映像シス
テム１０における光路の垂直断面図を示している。空間
光変調器３６からの映像は、上述の通り、左右中間映像
７６ｌ／７ｒとして、湾曲拡散面４０ｌ、４０ｒ上に中
継される。湾曲拡散面４０上の左右中間映像７６ｌ／７
６ｒは、球状レンズ組立体３０によって投射され、ビー
ムスプリッタ１６によって反射されて、湾曲鏡面２４の
前方焦点面２２の近くに左右の湾曲映像８０ｌ、８０ｒ
からなる立体中間湾曲映像８０を形成する。立体中間湾
曲映像８０は、それ自体は実際の映像であるが、観察者
１２に仮想映像を示すために湾曲鏡面２４によって実質
的に平行にされる。ビームスプリッタ１６及び湾曲鏡面
２４によって、球状レンズ組立体３０の出射ひとみは、
観察用ひとみ１４に単一倍率で映像化されている。な
お、本発明の構成は、単一の倍率用に最適化されている
が、本発明の範囲内で単一の倍率からいくつかの変形例
が可能である。

【００５３】曲面の共通の中心は、球状レンズ組立体３
０の中心Ｃである。この点は、凹凸レンズ４２、４４と
を備えた球状レンズ組立体３０についての曲面及び湾曲
拡散面４０の中心として利用される。観察用ひとみ１４
で映像が形成されるので、以下に詳述するように、湾曲
鏡面２４についての曲面のおよその中心が中心Ｃであ
る。

【００５４】図５を参照するとわかるように、左右の球
状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒは、それぞれＣｌ、Ｃｒ
で表わされる中心を有しており、各中心は眼間間隔２８
だけ離れている。鏡面２４の曲面の実際の中心Ｃｍは、
ＣｌとＣｒとの間の中間にある。そのため、映像経路の
配置は、調整の必要があるが、実質上、軸Ｍについての
同一中心である。ここで調整とは、すなわち、中心点を
配置する座標の平均化することである。本質的には眼間
が離れていることにより、幾何学的に完全な同一中心性
は得られない。しかし、眼間間隔２８をシステム全体の
大きさと比較すると相対的に小さいので、観察用ひとみ
１４ｌ、１４ｒとそれぞれの本当の中心点側との間に有
効な間隔を設けることができる。

【００５５】湾曲鏡面２４の配置 また、眼間間隔２８のために、まさに湾曲鏡面２４の形
状を正確な球形から数度だけ変化させるように調整する
必要がある。さらに、例えば、非軸上ひとみ収差を最小
にするように、非球面を湾曲鏡面２４として利用しても
よい、

【００５６】湾曲鏡面２４は、従来法、グラインディン
グ、研磨法等を用いて組み立てる非常に高価なものとな
ることがある。２以上のより小さい鏡面部材を接合して
一つの大きな鏡面２４を組み立てることがより実際的で
ある。図１０には、２以上の部材６４を用いて構成され
た湾曲鏡面が示されており、各部材６４は、球面であ
り、合わせ目６２に沿って他の部材６４と接合するよう
にトリミングされている。このような配置を有するの
で、各部材６４の曲面の中心は、互いに重なり合う。

【００５７】またさらに別の実施の形態では、湾曲鏡面
２４は、ストレッチャブル・メンブラン・ミラー（ＳＭ
Ｍ）等のメンブラン・ミラーからなっていてもよい。こ
のメンブラン・ミラーは、伸長される反射面の背面にあ
る気密室空間で発生させた真空を制御して曲面が画定さ
れる。ストレッチャブル・メンブラン・ミラーの使用に
ついては、上述の参照文献のマッカイの文献に記載され
ている。

【００５８】別の場合として、湾曲鏡面２４は、折り重
ねた鏡面、例えばフレネルミラーや、一以上の逆反射面
を用いて構成してもよい。

【００５９】図８には、別の場合の実質的に同一中心配
置が示されており、左右の光学システム２０ｌ、２０ｒ
から、図１、２、６及び９に示したようなビームスプリ
ッタ１６を用いることなく、直接に湾曲鏡面２４に投射
する。

【００６０】図８の配置では、各観察用ひとみ１４ｌ、
１４ｒについての映像経路は、ほとんど中心を外すこと
ができないので、許容できる程度のオフ−アクシス特性
を有することが要求される。広角映像用の球状レンズ組
立体３０からなる光学システム２０と連係させて、大き
な、又は非球面の鏡面を用いることもできる。球面の湾
曲鏡面を用いた場合に、図８に示す配置を満足できるよ
うに実行するために、オフ−アクシス間隔と鏡面２４の
焦点距離との比は小さくなければならない。経験則か
ら、球面を有する湾曲鏡面２４によって、オフ−アクシ
ス角がおよそ６度を越えないようにすることを満足させ
る。

【００６１】６度を越えるオフ−アクシス角の場合に
は、図９に示すように、非球面の湾曲鏡面２４を用いる
ことが好ましい。曲面の中心点Ｃｍ’は、観察ひとみ１
４ｌ、１４ｒ間の中間に決められる。図５に示す曲面の
中心点Ｃｍは、球状レンズ組立体３０ｌ／３０ｒの中心
点Ｃｌ，Ｃｒの中間である。このような非球面構造は、
ドーナツ形であってもよく、点Ｃｍ及び点Ｃｍ’を貫く
軸Ｅに関して同一中心である。断面図において、この方
法で組み立てられる湾曲鏡面２４は、点Ｃｍ及びＣｍ’
がそれぞれ焦点となる楕円状である。

【００６２】図１１には、図９に示したと同様のさらに
別の配置が示されている。この図１１では、湾曲鏡面２
４は、円筒状湾曲面の反射フレネルミラー６６を用いて
実現されている。図１１に示された部材の配置は、図９
に示したように、軸Ｍに関して同一中心である。反射フ
レネルミラー６６は、ただ一つの方向にのみパワーを集
める。例えば、反射フレネルミラー６６は、ニューヨー
ク州ロチェスターのフレネル・オプティクス社によって
作製されたフレネル光学部材と同様に、フレキシブルな
基板上に組み立てられた平坦部材であってもよい。フレ
ネルミラー６６は、図１１に示すように、概して軸Ｅに
ついての円筒形状に湾曲している。フレネルミラー６６
は、湾曲鏡面２４について上述されたのと同様の方法に
よって、観察用ひとみ１４ｌ、１４ｒ上の球状レンズ組
立体３０ｌ、３０ｒの出射ひとみに映像させる。光学シ
ステム２０ｌ、２０ｒは、フレネルミラー６６の特性を
得られるように最適化される。

【００６３】さらに別の変形例としては、湾曲鏡面２４
を球状レンズ組立体３０の中心と一致する曲面の中心を
有する球面を備えた逆反射面を用いて置換してもよい。
逆反射面は、湾曲鏡面の反射による映像交差効果を導く
必要はない。なお、この別の配置によって実際の映像を
提供できるが、それは、好ましい実施の形態における自
動立体映像システム１０によって形成される仮想映像で
はない。

【００６４】別の映像ソース 好ましい実施の形態の空間光変調器３６は、複数種類の
デバイスのうちの一つであってもよい。典型的な空間光
変調器３６には、これに限定されるものではないが、以
下の種類のものを含んでいる。即ち、 （ａ）液晶装置（ＬＣＤ）。ＬＣＤは、電気的に生成さ
れた映像を投射する装置として汎用されており、光源３
４から、個々のディスプレイされたピクセルを生成する
個々のアレー部材を介して、空間的に入ってくる光ビー
ムの強度を選択的に変調する。好ましい実施の形態で
は、反射型ＬＣＤを用いる。 （ｂ）テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメント
社が製造するデジタル・マイクロミラー・装置（ＤＭ
Ｄ）。反射装置のこのタイプは、光源３４からの光ビー
ムを変調するために用いられる。 （ｃ）点源又はアレイ列からの連続スキャンによって２
次元映像を生成するスキャンニング装置。このスキャン
ニング装置は、点源から映像を生成するスキャンニング
レーザ又はＣＲＴからなる。この点源によって、例え
ば、拡散面４０上に左右の中間映像７６ｌ／７６ｒを描
くことができる。また、スキャンニング装置は、カリフ
ォルニア州サニーヴェールのシリコン・ライト・マシー
ン社が製造したグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬ
Ｖ）等の線形装置からなっていてもよい。

【００６５】上に列挙したのは単なる例示にすぎない。
本発明の範囲内において、別の種類の空間光変調器３６
や別の映像ソースを代わりに用いてソース映像を提供し
てもよい。

【００６６】中継レンズ組立体５４の遠隔中心特性（te
lecentric behavior）は、歪みのない映像のためには重
要なことである。

【００６７】簡単のために、図１、２、５、６及び７に
は、左右の光学システム２０ｌ／２０ｒのそれぞれにつ
いて、単一の空間光変調器３６のみが示されている。実
際の自動立体映像システム１０では、各構成色（赤、
緑、青のＲＧＢ）ごとに一つの空間光変調器３６を必要
とする。電子映像業界では周知なように、類似点源３４
は、構成色光（light color）によって得られる。左右
の湾曲拡散面４０ｌ／４０ｒに左右の中間映像７６ｌ／
７６ｒを提供するために、異なる映像面が組み合わされ
る。好ましい実施の形態において、当業者に周知なよう
に、完全なカラー・フィルタ・アレイを備えた空間光変
調器３６が用いられる。別の実施の形態として、Ｒ，
Ｇ，Ｂ要素の色のシーケンシャルな配置は、一つの空間
光変調器３６によって提供することができる。幸いに
も、ひとみ映像形成による自動立体映像システム１０に
ついて必要とされる光レベルは、ここに記載したよう
に、相対的に低く、時間超過による光デグラデーション
に影響されやすいという通常の映像フィルタの周知の制
約を緩和することができる。

【００６８】また、別の実施の形態では、湾曲拡散面４
０での中間映像の生成機能は、空間光変調器３６及びそ
れに連係された支持光学部材を用いることなく実現され
る。しかし、最適化された立体表現には、上述し、図６
に参照しているように、球状レンズ組立体３０の中心C
と一致する湾曲拡散面４０の位置に形成された中間映像
は湾曲してしまうという制約がある。

【００６９】図１３には、別の例として、放射性映像形
成面（emissive image forming surface）８８を用いて
いる。例えば、ニューヨーク州ホープウエル・ジャンク
ションのイマジン社（eMagin Corporation）から販売さ
れているオーガニック・ライト・エミッティング・ダイ
オード（ＯＬＥＤ）を放射性映像形成面８８として使用
してもよい。同様に、ポリマー・ライト・エミッティン
グ・ダイオード（ＰＬＥＤ）技術を利用してもよい。こ
の用途のためには、ＯＬＥＤ又はＰＬＥＤアレー法によ
って、図１３の断面図に示すように、球状レンズ組立体
３０の中心と一致する中心Ｃを有する球面を備えるよう
にモールドされたフレキシブルな、平坦パネル上を映像
面として利用できる。このＯＬＥＤやＰＬＥＤアレー
は、放射性映像形成面８８、湾曲鏡面２４、それに球状
レンズ組立体３０からなり、同じ対称軸に関して同一中
心性である。

【００７０】図１４を参照すると、陰極線管（ＣＲＴ）
９０を使用して放射性映像形成面８８を構成している。
この場合には、陰極線管９０として好ましい形状とする
ために、標準の規格品のＣＲＴから曲面を変形させて作
製する必要がある。

【００７１】さらに別の場合として、図１２に示すよう
に、ファイバ・オプティック・フェースプレート５６と
連係させてフラットな映像形成用放射性面８４を用いて
もよい。ファイバ・オプティック・フェースプレート５
６は、図７に示した実施の形態で使用されていたよう
に、放射性面に面する平坦面８６と、球状レンズ３０に
面し、中心Ｃについて同心円状の出射凹面６０を必要と
する。

【００７２】本発明の好ましい実施の形態によって、観
察用ひとみの大きさが２０ｍｍ程度で、非常に広角視野
の、９０度を超える立体映像を提供することができる。
さらに、球状レンズ組立体３０によって、優れたオフ−
アクシス特性を得ることができ、１８０度まで広がる可
能性のある広角視野を実現できる。これによって、ヘッ
ドセット、ゴーグル、それにその他の装置を着けること
なく、観察者１２は改良された映像体験をすることがで
きる。

【００７３】本発明は、所定の好ましい実施の形態に基
いて説明したが、上述した本発明の範囲における効果を
奏する変形例もまた当業者において理解されるように本
発明の範囲にある。例えば、投射光学及び鏡面について
の可能性のある多数の配置があり、これらは、本発明に
ついて記載された部材の同一中心的配置として利用でき
る。

【００７４】そこで、本発明によって、自動立体ディス
プレイ用の同一中心的な光学装置を提供し、広角視野
で、大きな観察用ひとみを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 自動立体映像システムとして、本発明の装置
を使用する場合を示す斜視図である。

【図２】 本発明の自動立体映像システムにおける主要
部材を特定する概略図である。

【図３】 本発明による中間映像面での球状レンズ及び
拡散面の同心状配置を示す切取図である。

【図４】 右目及び左目用映像投射用の広角投射レンズ
についての従来の装置を示す切取図である。

【図５】 好ましい実施の形態における左目及び右目投
射システムを示す概略レイアウトである。

【図６】 湾曲鏡面及びビームスプリッタを備えた２つ
の投射システムのうちの一つの垂直断面図において、観
察者の位置に関連する概略レイアウトである。

【図７】 拡散しやすい面として、両凹面のファイバ・
フェースプレートを用いた投射光学装置についての別の
実施の形態を示す図である。

【図８】 投射システムによって、ビームスプリッタを
挿入することなく、光を湾曲鏡面上に指向させる別の実
施の形態を示す図である。

【図９】 湾曲鏡面が非球面である別の実施の形態を示
す図である。

【図１０】 一部が湾曲の同一中心に分けられた分割さ
れた湾曲鏡面を示す図である。

【図１１】 湾曲鏡面の代わりに、円筒状に湾曲する反
射フレネルレンズを用いた別の実施の形態を示す図であ
る。

【図１２】 ファイバ・フェースプレートを備え、平坦
な放射性の映像形成面を用いたさらに別の実施の形態の
断面図である。

【図１３】 球面状であって、放射性の映像形成面を用
いた別の実施の形態の断面図である。

【図１４】 湾曲映像形成面を備えた陰極管（ＣＲＴ）
を用いた別の実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

１０ 自動立体映像システム １２ 観察者 １４ｌ、１４ｒ 映像用ひとみ １６ ビームスプリッタ ２０ｒ、２０ｌ 光学システム ２２ 前方焦点面 ２４ 湾曲鏡面 ２６ 光学軸 ２８ 眼間間隔 ３０ｒ、３０ｌ 球状レンズ ３２ 拡散部材 ３４ 光源 ３６ 空間光変調器 ３８ 偏光ビームスプリッタ ４０ 湾曲拡散面 ４２、４４ 凹凸レンズ ４６ 球形レンズ ４８ 絞り ５０ 点源 ５４ｌ、５４ｒ 中継レンズ部材 ５６ ファイバ・オプティック・フェースプレート ５８ 入射凹面 ６０ 出射凹面 ６２ シーム ６４ セグメント ６６ フレネル・ミラー ６８ｒ 左のひとみ ７０ 映像生成システム ７２ 投影システム ７４ 映像生成器 ７６ｌ、７６ｒ 中間映像 ８０、８０ｒ、８０ｌ 湾曲映像 ８２ 立体投影システム ８４ 放射性映像形成面 ８６ 平坦面 ８８ 放射性映像形成面 ９０ ＣＲＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・アルフォンス・アゴスティネリ アメリカ合衆国14612ニューヨーク州ロチ ェスター、ベットウッド・レイン60番 Ｆターム(参考） 2H059 AA24 AA35 5C061 AA06 AA23 AB18 AB24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者が左観察用ひとみで観察する左映
   像と、前記観察者が右観察用ひとみで観察する右映像と
   からなる仮想立体映像を観察するために用いる同一中心
   の自動立体光学装置であって、前記装置は、 （ａ）前記左観察用ひとみで観察される前記左映像を形
   成する左光学システムと、 （ｂ）前記右観察用ひとみで観察される前記右映像を形
   成する右光学システムと、 （ｃ）前記左球状レンズと前記右球状レンズとの間の中
   間に光学的な中心を有する曲面を備えた湾曲鏡面と、 （ｄ）前記左右湾曲映像を前記湾曲鏡面に反射するよう
   に配置されたビームスプリッタであって、前記湾曲鏡面
   は、前記左右湾曲映像の仮想立体映像を形成するように
   配置され、前記湾曲鏡面は、前記ビームスプリッタを介
   して、前記左観察用ひとみで前記左球状レンズひとみの
   実映像及び前記右観察用ひとみで前記右球状レンズひと
   みの実映像を形成する、ビームスプリッタとを備え、 前記左光学システムは、 （１）左映像生成器と、左中間映像を形成する左中継レ
   ンズとからなり、シーン内容を提供する左映像生成シス
   テムと、 （２）前記左中間映像を受取る左球面的湾曲拡散面を備
   え、前記左球面的湾曲拡散面は、左球状レンズの中心と
   実質的に同じ曲面中心を有し、前記左球状レンズは、前
   記左球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されている
   ことによって左湾曲映像が形成され、前記左湾曲映像は
   実映像であって、前記左湾曲映像の中心は、前記球状レ
   ンズの曲面の中心と一致し、前記左球状レンズは左球状
   レンズひとみを有した左投射システムとからなり、 前記右光学システムは、 （１）右映像生成器と、右中間映像を形成する右中継レ
   ンズとからなり、シーン内容を提供する右映像生成シス
   テムと、 （２）前記右中間映像を受取る右球面的湾曲拡散面を備
   え、前記右球面的湾曲拡散面は、右球状レンズの中心と
   実質的に同じ曲面中心を有し、前記右球状レンズは、前
   記右球面的湾曲拡散面から間隔を空けて配置されている
   ことによって右湾曲映像が形成され、前記右湾曲映像は
   実映像であって、前記右湾曲映像の中心は、前記球状レ
   ンズの曲面の中心と一致し、前記右球状レンズは右球状
   レンズひとみを有する右投射システムとからなる仮想立
   体映像を観察するために用いる同一中心の自動立体光学
   装置。
2. 【請求項２】 前記右球状レンズは、中心の球形レンズ
   からなることを特徴とする請求項１に記載の同一中心の
   自動立体光学装置。
3. 【請求項３】 前記右球状レンズは、さらに、一以上の
   凹凸レンズからなり、前記凹凸レンズの両面は、前記中
   心の球形レンズに接する曲面の共通の中心を分割してい
   ることを特徴とする請求項２に記載の同一中心の自動立
   体光学装置。