JP2005148234A - 立体的二次元画像表示システム及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 広範囲の一体的な視認可能領域を形成して、立体的二次元画像をより自然に表示できる立体的二次元画像表示システム及び画像表示方法を得、臨場感、視認性、アミューズメント性を向上させる。
【解決手段】 二次元画像を表示する画像表示面３１ａを備えた表示部２７と、画像表示面３１ａから出射する光を画像表示面３１ａに離間配置したマイクロレンズアレイ４３によって結像して二次元画像を立体的に表示する画像伝達パネル２９とで画像表示装置２１を構成し、画像表示面３１ａが所定角度を成すように複数の画像表示装置２１を設置し、画像伝達パネル２９がそれぞれ表示する立体的二次元画像の視認可能領域から外れた視認不能領域に、遮蔽物２３を配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次元画像を立体的に表示する立体的二次元画像表示システム及び画像表示方法に関する。

近年、室内装飾器具、販促用ディスプレイ、通信端末装置、ゲーム機器等では、臨場感、視認性、アミューズメント性を向上させる目的で、画像情報を立体的に再現することが種々の方法により試みられている。一般的に人間が対象物を立体視する生理的要因の一つに両眼視差がある。この両眼視差による立体画像の再現法としては、目視者が偏光メガネをかけ、互いに異なった偏光状態に基づく左右の視差画像を目視する偏光方式があるが、目視者にとって偏光メガネの装着がわずらわしい欠点となる。

これに対し、偏光メガネを用いない立体画像表示法としては、レンチキュラーレンズ法が存在する。これは一画面に複数画面を潜像させ、一定幅の半円柱型レンズを水平方向につなぎ合わせた透過スクリーンを通して当該複数画面を見ることで、立体表現や動画表現を可能とする手法である。すなわち、半円柱型レンズの１ピッチ間に対応させて、複数画像の各々を鉛直方向にストライプ状に分断した画像を規則的に配列して、当該画面を見る方向や距離により変化するレンズの焦点位置と、そこに配置した画像の見え方により立体視を実現する。具体的には、立体画像の再現としては目視者の両目に対応した左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２２１６４４号公報公報

上記したレンチキュラーレンズ法は、一画面に複数の画面を潜像させるため、撮像段階から目視者の両目に対応する視差画像を必要とし、この画像を供給するために多くの作業、例えばコンピュータ画像処理、レンチキュラーレンズ設計、レンズと画像との正確な組み合わせ作業が必要である。よって、レンチキュラーレンズを用いて立体的２次元画像を表示するディスプレイは高価になる傾向がある。

このような不具合を解消するものに、二次元画像をマイクロレンズアレイによって実像として結像させることで、簡単な構成で立体的二次元画像を表示する画像表示装置が提案されている。図１に示すように、この画像表示装置１は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面３ａに表示する表示部３と、画像表示面３ａに平行に離間して配置され、複数のレンズからなりかつ二次元画像の中の立体像よりも広い有効面積を有するマイクロレンズアレイ５及びこのマイクロレンズアレイ５の有効領域を包囲するレンズ枠領域７からなり、表示部３とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像Ｐの結像面９を生成して立体的二次元画像を表示する画像伝達パネル１１とからなる。この画像表示装置１によれば、非常に簡単な構成で、立体像を含む二次元画像を立体的に表示することが可能である。また、偏光メガネを必要とすることなく、立体画像の解像度を低下させることもない。

しかしながら、上記の画像表示装置１は、簡易に立体像を含む二次元画像を立体的に表示できるが、一つの立体像に対する視認角度が狭く、一つの表示部３で表示するため、広範囲に視認可能領域を形成することができない。これに対し、複数の画像表示装置１を配設することで視認可能領域を広範囲に形成することも考えられるが、この場合、それぞれの画像表示装置１が受け持つ複数の視認可能領域の間に、視認可能領域から外れた視認不能領域（実像Ｐの見えない死角）が生じ、画像が途切れることで視認可能領域が連続せず、広範囲に一体的な視認可能領域を形成することができない。その結果、立体的二次元画像を自然に表示することが困難で、十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることができなかった。

本発明が解決する課題としては、立体的二次元画像を自然に表示することが困難で、十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることができなかった等が挙げられる。

上記課題を達成するための本発明に係る請求項１記載の立体的二次元画像表示システムは、 二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンズアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルとを備えた画像表示装置と、
複数設置された前記画像表示装置の前記画像伝達パネルがそれぞれ表示する前記立体的二次元画像の視認可能領域から外れた視認不能領域に配置した遮蔽物と、
により構成することを特徴とする。

以下、本発明に係る立体的二次元画像表示システム及び画像表示方法の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明に係る立体的二次元画像表示システムの概略の構成を表す斜視図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示システム１００は、複数の画像表示装置２１と、複数の遮蔽物２３とを主要な構成部材としてなる。本実施の形態では、３つの画像表示装置２１を備える。したがって、後述する視認不能領域は、２つ形成される。遮蔽物２３は、この視認不能領域に対応して２つ配設される。なお、本発明に係る立体的二次元画像表示システムにおいては、画像表示装置２１が２つ、或いは３つ以上の複数であってもよく、その場合には画像表示装置２１の数ｎに対して形成される視認不能領域の数ｎ−１個に対応する同数の遮蔽物２３が配設されることになる。図中２５は、立体的二次元画像を表示させるステージ空間の仮想線であるが、表示空間を小さくしたディスプレイ装置の筺体を表す仮想線であってもよい。

図３は図２に示した１つの画像表示装置の断面図である。
画像表示装置２１は、表示部２７と、画像伝達パネル２９とに大別して構成される。表示部２７は、例えばカラー液晶表示装置（ＬＣＤ）３１を主要部材として備える。ＬＣＤ３１は、立体像を含む二次元画像を表示する平面状の画像表示面３１ａを有する。ＬＣＤ３１は、画像表示面３１ａのフラットなカラー液晶パネル３３、バックライト照明部３５及びカラー液晶駆動回路３７を備えている。カラー液晶駆動回路３７は、立体像を含む二次元画像のための映像信号を供給する映像信号供給部３９に接続されている。表示部２７には、ＬＣＤ３１に代えて、例えば、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどが用いられても良い。

ＬＣＤ３１の周縁には支持部材４１が固定され、支持部材４１は画像伝達パネル２９を支持している。画像伝達パネル２９は、マイクロレンズアレイ４３と、マイクロレンズアレイ４３の有効領域を囲むレンズ枠体４５からなる。支持部材４１は、レンズ枠体４５を支持し、画像伝達パネル２９をカラー液晶パネル３３の画像表示面３１ａに対して平行に離間配置している。

マイクロレンズアレイ４３の有効面積は、カラー液晶パネル３３の画像表示面３１ａの面積と同一とされている。レンズ枠体４５は、黒色などの暗色を呈し、マイクロレンズアレイ４３の存在を目視者が意識する度合を抑制している。

図４は図３に示したマイクロレンズアレイの部分断面図である。
マイクロレンズアレイ４３は、二次元的に配置した複数の微小レンズから構成されている。マイクロレンズアレイ４３は、レンズアレイ半体４７を２枚一組で一体化したマイクロ凸レンズ板である。マイクロ凸レンズ板では、各光軸が同軸に配置された１対の凸レンズからなるレンズ系の複数が、それら光軸が互いに平行となるように、二次元状に配列されている。

図４の右側のレンズアレイ半体４７の右側面に形成された凸レンズ５１は、他の凸レンズ５２に対してその曲率が大きく形成されており、同図右側のレンズアレイ半体４７の像側焦点（結像面５３）とレンズ面との距離Ｌ２は、同図左側のレンズアレイ半体４７のカラー液晶パネル３３とレンズ面との距離Ｌ１より長い。これにより、結像面５３は、画像伝達パネル２９より十分離間され、かつ画像表示装置２１の奥行きもコンパクトとなっている。

マイクロレンズアレイ４３は、表示部２７の前面に対して平行に、略凸レンズ５２の焦点距離Ｌ１だけ離れた位置に配置されると、表示部２７と反対側の焦点距離Ｌ２だけ離れる結像面５３に、表示部２７上に表示された画像を投影する。この投影された画像は二次元画像であるが、その画像が奥行き感を持つもの（立体的）である場合、空間上に浮いて表示されていることから、ユーザーからはあたかも立体画像が映し出されているように見える。以下、結像面５３に表示される二次元画像を立体的二次元画像と称す。

なお、表示部２７に表示された二次元画像は、一方のレンズアレイ半体４７を通過する際に一旦逆さに反転されるが、再び他方のレンズアレイ半体４７を通過することで再び反転される。これにより、画像伝達パネル２９は、表示部２７に表示された二次元画像を結像面５３上に正立の立体的二次元画像として表示することができる。

上記した実施の形態では、マイクロレンズアレイ４３は、レンズアレイ半体４７を２枚一組で一体化したマイクロ凸レンズ板としたが、これに限るものではなく、１枚一組で構成したものであってもよい。但し、このような場合には、表示部２７に表示される二次元画像が、既述のとおり、画像伝達パネル２９に反転表示されることになるので、映像信号供給部６３は、予め、映像信号を反転させて表示部３３に送出するとよい。
なお、マイクロ凸レンズが表示部２７の画像表示面３１ａに設けられた表示ピクセルの一つ一つに対応して割り当てられている場合には、二次元画像が画像伝達パネル２９に反転表示されることがないため、レンズアレイ半体４７を１枚一組だけ配置するようにしても問題はない。

図５は画像伝達パネルが左右方向に配置された立体的二次元画像表示システムの構成図である。
立体的二次元画像表示システム１００では、複数の画像表示装置２１が設置される。これらの画像表示装置２１同士は、画像表示面３１ａが所定角度を成すように配置されている。すなわち、両側の画像表示装置２１は、中央の画像表示装置２１の焦点距離Ｌ２に、それぞれの焦点距離Ｌ２が一致するように１８０度より小さい所定角度で配置される。これにより、１つの画像表示装置２１によって得られる立体的二次元画像の視認可能領域５５より広範囲な視認可能領域５５が形成される。

この実施の形態では、３つの画像表示装置２１が、画像伝達パネル２９によって表示される立体的二次元画像Ｐの左右方向に配置されている。したがって、水平方向に広範囲な視認可能領域５５を確保することによって臨場感を生じさせる立体的二次元画像（例えば、海原や大平原や、３次元ＣＡＤにおけるオブジェクトの左面、正面、右面の画像等）を、効果的に表示させ、見る方向に応じて立体的二次元画像を変化させるといったことができる。

このようにして複数の画像表示面３１ａを所定角度で配置した場合、各画像表示面３１ａの視認可能領域５５同士の間には、視認可能領域５５から外れた視認不能領域５７が形成されてしまう。本実施の形態による立体的二次元画像表示システム１００では、この視認不能領域５７に、遮蔽物５９が配置されている。

遮蔽物５９は、画像伝達パネル２９によって表示される立体的二次元画像Ｐの一構成要素であり、立体的二次元画像Ｐと融和して一体化するものであることが好ましいがその限りではない。一体化している例としては例えば、立体的二次元画像Ｐを森とした場合、遮蔽物５９を樹木とし、さらに立体的二次元画像Ｐには樹木に見え隠れする妖精を表示させることができる。また、立体的二次元画像Ｐを宮殿とした場合、遮蔽物５９をコラムとし、さらに立体的二次元画像Ｐにはこのコラムに見え隠れする人物を表示させることができる。これにより、立体的二次元画像Ｐと遮蔽物５９との関連性を強化でき、遮蔽物５９による違和感をなくすと共に、立体的二次元画像Ｐが視認可能領域５５から外れたことにより視認できなくなるのではなく、遮蔽物５９により遮られたため視認できなくなったかのように感じさせることで、視認不能領域５７が形成されていることを感じさせないように、立体的二次元画像Ｐを一層自然に表示することができる。なおこの遮蔽物５９は光を完全に遮蔽するような不透明な物体に限られることはなく、透明なガラスやプラスチック、網状の物体などでも構わず、立体的二次元画像Ｐとより自然に融和したものを採用することが好ましい。

図６は遮蔽物と視認不能領域との相対位置関係を表す説明図である。
視認不能領域５７は、交差する二つの隣接視認可能領域５５の境界平面６１、６３に挟まれて形成される。この場合、遮蔽物５９は、二つの境界平面６１、６３の交線（図６の点６５を通る紙面垂直方向の線）に沿って延在する柱体６７であり、かつこの柱体６７の断面輪郭６７ａが二つの境界平面６１、６３に接することが好ましい。これにより、視認不能領域５７の全てを柱体６７によって覆うことができるとともに、柱体６７を視認可能領域５５に突出させずにすみ、柱体６７が視認可能領域５５にはみ出すことによって視認可能領域５５が狭まらず、最小の遮蔽物５９を用いて、最大の視認可能領域５５を形成することができる。

次に、上記のように構成される立体的二次元画像表示システムの動作を説明する。
立体的二次元画像表示システム１００が表示駆動されると、レンズ枠体４５が黒色を呈するので、目視側から支持部材４１を隠すことができる。各画像表示装置２１の画像表示面３１ａに二次元画像が形成されている時、それが像側焦点面に結像され、略光軸方向から立体的二次元画像Ｐの実像の目視が可能になる。

表示すべき立体像を含む二次元画像において、輝度レベルや色レベルによって画像信号を切り分ける公知の画像信号処理方法により、背景などの立体像以外黒色などの暗い色の二次元画像とすれば、支持部材４１等が黒色を呈するので、目視者からは表示すべき実像だけが前方に浮き出、あたかも３次元画像であるかのように認識される。立体像の映像対象としては、静的な物体より、動いている動物、乗り物のような動的な物体であることが好ましい。

この場合、全ての画像表示装置２１に同一画像を表示させれば、広範囲の一体的な視認可能領域を形成することができ、広範囲の方向から同一画像の視認が可能となる。
一方、中央の画像表示装置２１に正面視の二次元画像を表示させ、左右の画像表示装置２１のそれぞれに、中央の画像表示装置２１で表示した二次元画像の右側面視、左側面視の二次元画像を表示させれば、立体的二次元画像Ｐの正面及び両側面を広範囲の方向から視認可能とすることができる。

そして、各画像表示装置２１には、遮蔽物５９を一構成要素とした二次元画像を表示し、結像面５３にはその立体的二次元画像Ｐを画像伝達パネル２９によって表示させる。

したがって、この画像表示方法によれば、遮蔽物５９を一構成要素とした立体的二次元画像Ｐを結像面５３に表示させるので、視認不能領域５７を遮蔽物５９で覆うことができ、この遮蔽物５９の背部に立体的二次元画像Ｐが隠れたように知覚させ、複数の視認可能領域５５を連続させて、広範囲の一体的な視認可能領域５５を形成することができる。また、立体的二次元画像Ｐと遮蔽物５９との関連性を強化でき、遮蔽物５９による違和感をなくして、立体的二次元画像Ｐを一層自然に表示することができる。

また、上記の立体的二次元画像表示システム１００によれば、表示部２７が所定角度を成すように複数の画像表示装置２１を設置することによって生じる視認不能領域５７に遮蔽物５９を配置したので、視認不能領域５７を遮蔽物５９で覆うことができ、この遮蔽物５９の背部に立体的二次元画像Ｐが隠れたように知覚させ、複数の視認可能領域５５を連続させて、広範囲の一体的な視認可能領域５５を形成することができる。この結果、臨場感ある立体的二次元画像Ｐをより自然に表示でき、視認性、アミューズメント性を向上させることができる。

次に、本発明に係る立体的二次元画像表示システムの変形例を説明する。
図７は画像伝達パネルが上下方向に配置された立体的二次元画像表示システムの変形例の構成図である。
この立体的二次元画像表示システムは、複数の画像表示装置２１が、画像伝達パネル２９によって表示される立体的二次元画像Ｐの上下方向に配置されている。他の構成は上記の立体的二次元画像表示システム１００と同様である。
したがって、この変形例によれば、上下方向に広範囲の一体的な視認可能領域５５を確保することによって臨場感を生じさせることのできる立体的二次元画像Ｐ（例えば、夜空や高層建造物等）を、効果的に表示させることができる。

なお、上記の実施の形態では、遮蔽物５９の断面輪郭６７ａが境界平面６１、６３に接する場合を例に説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示システムは、多少（不自然さが生じない程度）であれば、遮蔽物５９の断面輪郭６７ａが視認可能領域５５へはみ出したり、或いは遮蔽物５９と境界平面６１、６３との間に間隔が生じていてもかまわない。

また、上記の実施の形態では、複数の画像表示装置２１が設けられる場合を例に説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示システムは、一つの画像表示装置２１を設け、その視認可能領域５５の境界平面６１、６３に近接してその外側に遮蔽物５９を配置するものであってもよい。この場合においても、遮蔽物５９を立体的二次元画像Ｐの一構成要素とすることで、立体的二次元画像Ｐと遮蔽物５９との関連性を強化でき、遮蔽物５９による違和感をなくして、立体的二次元画像Ｐを一層自然に表示することができる。

なお本実施例中で示した、表示部２７、結像面５３、マイクロレンズアレイ４３は互いに平行に設置されている必要はない。

従来の画像表示装置の概略構成を表す斜視図である。 本発明に係る立体的二次元画像表示システムの概略の構成を表す斜視図である。 図２に示した画像表示装置の断面図である。 図３に示したマイクロレンズアレイの部分断面図である。 画像伝達パネルが左右方向に配置された立体的二次元画像表示システムの構成図である。 遮蔽物と視認不能領域との相対位置関係を表す説明図である。 画像伝達パネルが上下方向に配置された立体的二次元画像表示システムの変形例の構成図である。

符号の説明

２１ 画像表示装置
２７ 表示部
２９ 画像伝達パネル
３１ａ 画像表示面
４３ マイクロレンズアレイ
５５ 視認可能領域
５７ 視認不能領域
５９ 遮蔽物
６１、６３ 境界平面
６７ 柱体
６７ａ 断面輪郭
１００ 立体的２次元画像表示システム
Ｐ 立体的２次元画像

Claims (6)

1. 二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンズアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルとを備えた画像表示装置と、
   複数設置された前記画像表示装置の前記画像伝達パネルがそれぞれ表示する前記立体的二次元画像の視認可能領域から外れた視認不能領域に配置した遮蔽物と、
   により構成することを特徴とする立体的二次元画像表示システム。
2. 前記画像表示面が所定角度を成すように前記画像表示装置が設置されていることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示システム。
3. 前記複数の画像表示装置が、前記画像伝達パネルによって表示される前記立体的二次元画像の左右方向に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体的二次元画像表示システム。
4. 前記複数の画像表示装置が、前記画像伝達パネルによって表示される前記立体的二次元画像の上下方向に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体的二次元画像表示システム。
5. 前記視認不能領域が、交差する二つの隣接視認可能領域の境界平面に挟まれて形成され、
   前記遮蔽物が、前記二つの境界平面の交線に沿って延在する柱体であり、かつ該柱体の断面輪郭が前記二つの境界平面に接することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の立体的２次元画像表示システム。
6. 二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、該画像表示面に離間配置されたマイクロレンズアレイとを有し、前記画像表示面から出射される光を前記マイクロレンズアレイの前記表示部とは反対側に位置する空間中の結像面に結像して立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルとを備えた画像表示装置を、前記画像表示面が所定角度を成すように複数設置し、
   複数設置された前記画像表示装置の前記画像伝達パネルがそれぞれ表示する前記立体的二次元画像の視認可能領域から外れた視認不能領域に遮蔽物を配置し、
   該遮蔽物を一構成要素とした前記立体的二次元画像を前記画像伝達パネルに表示させることを特徴とする画像表示方法。
   

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