JP2009169142A - 三次元画像再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンチキュラレンズアレイやフライアイレンズアレイ、又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する場合に、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止して、三次元画像のシフトを無くし、安定した三次元の画像表示を可能にする三次元画像再生装置を得ることを目的とする。
【解決手段】レンズアレイ１の焦点面に配置される視差情報を含む二次元画像３は、隣接レンズ間で、再生させようとする視差情報の異なる画像の光線が目的のレンズのみを通過できるようにする構成として、相互間で異なる偏光特性を与えた視差情報の異なる画像である、縦（左）偏光のＩＰ画像４と横（右）偏光のＩＰ画像５とを互い違いに配置する構成とした。レンズアレイ１の各レンズの射出側面に、縦（左）偏光板６と横（右）偏光板７とを互い違いに配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンチキュラレンズアレイやフライアイレンズアレイ、又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置に関するものである。

三次元画像情報を表示する方式としては、古くから、両眼視差を含んだステレオ画像の右側画像を右眼で見て、左側画像を左眼で見る裸眼立体視平行法や、液晶シャッタ付きのメガネを用いて、或いは右眼と左眼それぞれで違うレンズを用いて見るステレオスコープ方式、更には赤青メガネを用いて赤と青の色違いの両眼視差絵を見るアナグリフ方式などが知られている。しかし、これらの方式で三次元画像を見る場合は、特殊な訓練や特殊なメガネが必要である。

近年、液晶技術の発展により、メガネ無しで三次元表示が可能な液晶表示装置が次々と発表されている。そのほとんどは、イメージスプリッター方式のメガネ無し三次元液晶表示装置である。具体的には、このメガネ無し三次元液晶表示装置は、液晶表示パネルへの画像光路を、パララックスバリアやレンチキュラレンズアレイを用いて液晶パネルの水平方向に隣り合う画素を観察者の左右の眼に周期的に振り分けることで、立体感を生じさせるようにした三次元画像表示装置である。

このように、このメガネ無し三次元液晶表示装置は、水平視差のみを有する三次元画像表示装置であり、観察者の右眼位置および左眼位置に供給される画像が、パララックスバリアやレンチキュラレンズアレイによって水平方向の視差を含んでいるので、観察者の右眼位置及び左眼位置が水平向からずれると立体感が破綻してしまうという問題を原理的に内包している。

そのため、液晶表示パネルとパララックスバリアやレンチキュラレンズアレイとを組み合わせた三次元画像表示装置では、長時間、三次元動画像の立体感を保ったまま立体視を行おうとすると、空間の定位置に、右眼位置および左眼位置を固定する必要がある。

右眼位置および左眼位置の水平方向からのズレに対しては、観察者の眼の位置や顔の位置をセンサーによって特定し、その位置のズレに合わせて、画像光路を制御修正する方法も考案されている。しかし、この方法では装置が大掛かりとなり、眼の位置や顔の位置をセンシングするために、マーカーを観察者に付けなければならないという煩わしさが生じる。

観察者の眼の位置を問題にしないで画像の三次元表示を可能にする方法として、Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｐｍａｎｎによって１９０８年に提案されたインテグラルフォトグラフィ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）方式を発展させ、フィルムの代わりに、液晶表示パネルなどの二次元表示パネルを用い、それと、ピンホールやフライアイレンズアレイ（ハエの目状凸レンズアレイ）とを組み合わせた三次元の表示方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

なお、上記のＭ．Ｇ．Ｌｉｐｐｍａｎｎによって提案されたインテグラルフォトグラフィ方式は、フライアイレンズアレイを用いて、そのフライアイレンズアレイの焦点位置にフィルムを置き、そのフィルムにフライアイレンズアレイの凸レンズ（ハエの目レンズ）毎の画像を記録し、再生時には、フィルムに記録させたフライアイレンズアレイの凸レンズ毎の画像を、撮影時と同じフライアイレンズアレイを逆向きに通すことで、立体画像を再生するというものである。
特開２００１−２７５１３４号公報

ところで、裸眼立体視を行うために必要な光学的な構造には、イメージスプリッター方式と、レンチキュラ方式と、インテグラルフォトグラフィ方式とがある。

イメージスプリッター方式では、左眼画像及び右眼画像を右眼位置及び左眼位置に表示するために、光学的なスリットを設け、左眼には右眼画像が見えないように、右眼には左眼画像が見えないようにしている。また、レンチキュラ方式では、レンチキュラレンズアレイの各凸レンズ（かまぼこ状円筒レンズ）によって、右眼画像と左眼画像とを短冊状に配置し、結像式（１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ）に則って、画像位置を設定するようにしている。そして、インテグラルフォトグラフィ方式では、レンチキュラレンズアレイや、フライアイレンズアレイ、ピンホールの下に複数の視差を含む画像を配置し、視差方向にその画像が平行に投影されるようにレンダリングした２Ｄ画像を設定するようにしている。

しかし、従来の裸眼立体視を行うために必要な光学的な構造の構成方式では、観察者の眼を観察領域で横に移動させると、視差画像を観察することはできるが、ある領域以上になると、隣のレンズ域の視差画像を表示してしまい、レンズ間のクロストークが発生するという問題がある。

レンズ間のクロストークが起こると、本来、隣のレンズやスリットで表示されるべき画像が表示されるために、画像が歪んだり、シフトしたりする。このため、立体表示の品質に大きな影響を与える。

これに対する方策として、短焦点距離のレンズを使用して、幾何学的に隣のレンズの表示データを結像し難くして、クロストークを低減する試みがなされている。しかし、単純な構造の光学系で短焦点距離を実現するためには、レンズの曲率半径を小さくすることが有効であるが、曲率半径の小さなレンズアレイを効率的に作ることは非常に困難である。

また、遮蔽マスクを用いて、レンズの一つ一つを光学的に絶縁する試みもなされているが、三次元再生画像が暗くなり、遮蔽マスクの輪郭効果によって三次元再生が阻害されるという問題がある。以上のことはホログラム光学素子を用いて立体像を再現する場合も同様である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、レンチキュラレンズアレイやフライアイレンズアレイ、又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する場合に、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止して、三次元画像のシフトを無くし、安定した三次元の画像表示を可能にする三次元画像再生装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間で、再生させようとする視差情報の異なる画像の光線が目的のレンズ又は目的のホログラム光学素子のみを通過できるように、視差情報の異なる画像のそれぞれに与えた偏光特性が相互間で異なるように前記レンズアレイ又は前記ホログラム光学素子の焦点面上に配置し、各レンズの射出側面又は各ホログラム光学素子の表面に、前記偏光特性が隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間で異なり一つ置きのレンズ間又は一つ置きのホログラム光学素子間で同じとなる偏光板を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止することができる。これによって、隣のレンズ又は隣のホログラム光学素子には、本来表示されるべきでない画像が表示されなくなる。その結果、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。したがって、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明は、インテグラルフォトグラフィ方式、レンチキュラ方式、パララックスバリア方式、超多眼方式など、視差情報を含む二次元画像情報と、レンチキュラレンズアレイと、液晶などの短冊状バリアと、ハエの目レンズ又はホログラム光学素子とを組み合わせて裸眼三次元表示を可能とする表示方式に適用することができる。以下に図面を参照して、本発明にかかる三次元画像再生装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施の形態では、レンズアレイを用いる場合を示すが、ホログラム光学素子を用いる場合も同様である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による三次元画像再生装置の要部である、偏光特性の差異を利用してクロストークを防止する構成を示す図である。本実施の形態１では、隣接レンズ間のクロストークを防止する構成について説明する。

すなわち、本実施の形態１では、隣接レンズ間のクロストークを防止する手段として、隣接レンズ間で、再生させようとする視差情報の異なる画像の光線が目的のレンズのみを通過できるように、視差情報の異なる画像のそれぞれに与えた偏光特性が相互間で異なるようにレンズアレイの焦点面上に配置し、各レンズの射出側面の表面に、前記偏光特性が隣接レンズ間で異なり一つ置きのレンズ間で同じとなる偏光板を配置する構成を示す。

図１において、レンズアレイ１は、本実施の形態１では、レンチキュラレンズアレイであるが、フライアイレンズアレイ（ハエの目状凸レンズアレイ）も同様に用いることができる。このレンズアレイ１の入力光路に焦点距離を調整する透明なスペーサー２を配置し、スペーサー２の入射端側におけるレンズアレイ１の焦点面付近に、視差情報を含む二次元画像３を配置した。

この視差情報を含む二次元画像３は、本実施の形態１では、隣接レンズ間で、再生させようとする視差情報の異なる画像の光線が目的のレンズのみを通過できるようにする構成として、相互間で異なる偏光特性を与えた視差情報の異なる画像である、縦（左）偏光のＩＰ画像４と横（右）偏光のＩＰ画像５と、を互い違いに配置する構成とした。

そして、レンズアレイ１の各レンズの射出側面に、偏光特性が隣接レンズ間で異なり一つ置きのレンズ間で同じとなる偏光板である縦（左）偏光板６と横（右）偏光板７とを互い違いに配置した。

レンズアレイ１の材質としては、一般のプラスチックレンズに使われるポリメタクリル酸メチル所謂アクリル樹脂、ＰＥＴ所謂ポリエチレンテレフタレート、エピスルフィド樹脂などを用いることができる。スペーサー２の材質もレンズアレイ１と同様に、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、エピスルフィド樹脂などを用いることができる。

そして、レンズアレイ１の焦点面付近に配置する視差情報を含む二次元画像３は、高精細プリントを用いても良いし、液晶などの二次元表示装置により構成することも可能である。更には、プロジェクターのような投影光学系を用いた二次元表示装置を用いて構成することもできる。

以下、図２〜図４を参照して、隣接レンズ間でのクロストークを防止する動作について説明する。まず、図２を参照して、（特許文献１）に開示されるインテグラルフォトグラフィ方式について説明する。なお、図２は、インテグラルフォトグラフィ方式の原理を説明する図である。

まず、Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｐｍａｎｎによって１９０８年に提案されたインテグラルフォトグラフィ方式について説明する。

図２において、Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｐｍａｎｎによって１９０８年に提案されたインテグラルフォトグラフィ方式では、フライアイレンズアレイ１０を用いる。フライアイレンズアレイ１０は、ハエの複眼のように、多数の小さな凸レンズ（ハエの目レンズ）１１をシート基板上に配置したものである。

このフライアイレンズアレイ１０の平面側に形成される焦点位置に、図示しないフィルムを配置し、フライアイレンズアレイ１０のレンズ面側から被写体光を露光することで、そのフィルムに凸レンズ１１毎の小さな被写体像（図示例では再生要素画像８）を記録する。

そして、現像したフィルムを、再び、フライアイレンズアレイ１０の焦点位置に配置して背面から光を照射し、フライアイレンズアレイ１０を通して観察することで、フィルムに記録した凸レンズ１１毎の小さな被写体像から立体画像（図示例では、立体感の有る三次元再生画像１５）を再生するという方式である。

つまり、（特許文献１）に開示されるインテグラルフォトグラフィ方式は、図２に示すように、フライアイレンズアレイ１０の平面側に形成される焦点位置に、上記したフィルムに代えて表示素子９を配置し、この表示素子９に、凸レンズ１１毎に対応させた再生要素画像８を表示させ、それをフライアイレンズアレイ１０のレンズ側から観察する。そうすると、表示素子９に表示させた再生要素画像８の光路は、各凸レンズ１１を介して元の画像表面の画素位置に対応する結像点１２に集合し、結像点からの光線１３のように発散する経路を取り、観察者の瞳１４に入射するので立体感の有る三次元再生画像１５が再生される。

この場合、結像点１２は、空間に浮かんだ状態で存在するので、観察者は、見る角度を変えても、眼の位置を変えても、立体感の有る三次元再生画像１５を安定して見ることができる。

次に、レンズアレイ１の焦点面付近に表示装置によって表示配置する視差情報を含む二次元画像３の一般的な構成について説明する。

一般に、視差情報を含む二次元画像３の構成は、ステレオ画像方式であれば、右眼位置から右眼画像が見え、左眼画像から左眼画像が見えるように、空間的に画像光路を分離供給して、立体感を生じさせるために右眼画像と左眼画像とをそれぞれ、スリットの列数又はレンチキュラレンズの列数に短冊状に分断して、短冊状に分断した右眼画像と左眼画像とを互い違いに再配列したものを右眼画像と左眼画像を一組にして一つのスリット又は一つのレンチキュラレンズに割り当てる。

また、超多眼方式やインテグラルフォトグラフィ方式では、視差数の数だけの画像をスリットの列数又はレンチキュラレンズアレイの列数に短冊状に分断して、短冊状に分断した視差画像をその視差方向の順に再配列して、視差数分を一組にして一つのスリット又は一つのレンチキュラレンズに割り当てることにより、立体画像を再現することができる。三次元画像情報は、観察者の眼に入射して、複数の水平垂直視差を含んだ三次元立体画像となる。

通常は、一つのスリット又は一つのレンチキュラレンズに割り当てる視差情報を含む二次元画像は、目的のスリット又は目的のレンチキュラレンズに割り当てられている。正面から見ている場合には、スリット又はレンチキュラレンズにまっすぐ入射する視差情報を含む二次元画像が観察者の眼に入ってくる。

図３は、レンチキュラレンズアレイにおいて隣のレンズからのクロストークを説明する図であるが、図３に示すように、レンチキュラレンズアレイ１の観察角度を低府角にすると、目的のレンチキュラレンズに、隣のレンチキュラレンズの焦点面付近にある視差情報を含む二次元画像が入射し、それが目的のレンチキュラレンズから観察者の眼に入ってくるためにクロストークが生じ、画像が歪んだり、シフトしたりする。

このようなクロストークを防止するためには、隣のレンチキュラレンズに入射すべき視差情報を含む二次元画像３が目的のレンチキュラレンズに入ってこないようにする工夫が必要である。

しかし、観察角度を低府角にしたときに、観察者の眼に入って来ないで、画像情報を目的のレンチキュラレンズから投影するには、物理的に低府角の視差画像をクロストーク無しに投影しなければならないという一見矛盾する事象を満足させなければならない。

この問題に対して、本実施の形態１では、右眼画像と左眼画像とを一組にした画像、又は視差数分を一組にした視差画像を、互い違いに異なる偏光状態にするために、画像ごと又は視差画像ごとに、偏光と視差情報とが異なる画像である縦（左）偏光のＩＰ画像４と横（右）偏光のＩＰ画像５とを互い違いに配置した二次元画像３を、レンズアレイ１を介して縦（左）偏光板６と横（右）偏光板７を通して再生させる。そうすると、図４に示す方法で、クロストークの問題を解消することができる。

図４は、図１に示した三次元画像再生装置において目的のレンチキュラレンズにクロストーク無しの画像を表示させる原理的な動作を説明する図である。なお、偏光特性は、説明の便宜から、直線偏光であるとする。

図４において、互い違いに異なる偏光となるように配置された画素に割り当てる絵を、絵Ａと絵Ｂとすれば、レンチキュラレンズアレイ１における隣接するレンチキュラレンズ１６，１８に対して、レンチキュラレンズ１６には絵Ａを対応させ、レンチキュラレンズ１８には絵Ｂを対応させる。そして、レンチキュラレンズ１６の射出端には、横偏光板７を貼り、レンチキュラレンズ１８の射出端には、縦偏光板６を貼り付けてある。

ここで、レンチキュラレンズ１６，１８の各入射端には、視差情報を含んだ二次元画像３が入射する。この場合、レンチキュラレンズ１６の射出端には、横偏光板７を貼り付けてあるので、入射する二次元画像３中の縦偏光画像４は、レンチキュラレンズ１６の射出端を透過することができず、レンチキュラレンズ１６の射出端で観察できる絵Ａの画素画像１７は、横偏光画像のみとなる。

また、同様に、レンチキュラレンズ１８の射出端には、縦偏光板６を貼り付けてあるので、入射する二次元画像３中の横偏光画像５は、レンチキュラレンズ１８の射出端を透過することができず、レンチキュラレンズ１８の射出端で観察できる絵Ｂの画素画像１９は縦偏光画像のみとなる。

このように、観察領域を低俯角にしても、隣接するレンチキュラレンズ１６，１８間のクロストークを防止することができる。これによって、隣のレンチキュラレンズレンズには、本来表示されるべきでない画像が表示されなくなる。その結果、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。

以上のように、本実施の形態１によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による三次元画像再生装置の要部である、２枚の片凸レンズを用いてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態２では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図５に示すように、２枚の片凸レンズ２１，２２は、互いの凸部分を外側に向けて組み合わせた構成であり、これによって、視域角が広がるので、クロストークを防止することができる。

ここで、２枚の片凸レンズ２１，２２の材質としては、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、エピスルフィド樹脂などが使用できるが、両者間には、次のような差異を設けてある。

すなわち、２枚の片凸レンズ２１，２２の内、表示させようとする視差情報を含む二次元画像２０に面している凸レンズ２１の曲率半径を、視差情報を含む二次元画像２０と反対方向に面している凸レンズ２２の曲率半径よりも小さくしてある。

また、２枚の片凸レンズ２１，２２の内、表示させようとする視差情報を含む二次元画像２０に面している凸レンズ２１の屈折率を、視差情報を含む二次元画像２０と反対方向に面している凸レンズ２２の折率よりも小さくしてある。

これによって、目的のレンズの内部に視差情報を含む二次元画像２０を置くことができる。更に、焦点面を平らにすることができるので、俯角を小さくしたときの表示画像のボケを防止することができる。また、特に、２枚の片凸レンズ２１，２２をエピスルフィド樹脂で形成したので屈折率が高く光線の屈折が大きくなる。これによって、より効果的にクロストークを防止することができる。

本実施の形態２によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３による三次元画像再生装置の要部である、集積した導波路を用いてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態３ではレンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図６の示すように、集積した導波路２３を、視差情報を含む二次元画像３に密着させて配置し、二次元画像３をレンズ１の主点２４まで導くようにした。これによって、隣接レンズ間は光学的に分離されるので、クロストークを防止することができる。

集積した導波路２３を、視野制限フィルムまたはグラスファイバーで形成することにより、より効率的に隣接レンズ間を光学的に分離することが可能となる。

本実施の形態３によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４による三次元画像再生装置の要部である、マイクロレンズを用いてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態４ではレンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図７に示すように、視差情報を含む二次元画像３の画素毎に、レンズ中心を向いたマイクロレンズ２５を密着して設け、二次元画像３をレンズの主点２４の位置まで導くようにした。これによって、隣接レンズ間は光学的に分離されるので、クロストークを防止することができる。

マイクロレンズ２５をエピスルフィド樹脂で形成することにより、効率よく光をレンズの主点２４に導くことができる。また、画素毎にレンズ中心を向いたマイクロレンズ２５をスクリーン印刷で形成することにより、低コストで精度の良いマイクロレンズを形成することが可能となる。

本実施の形態４によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５による三次元画像再生装置の要部である、各レンズ又は各光学素子の入射端側に凸レンズを設けてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態５では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図８に示すように、レンズアレイ１の各レンズの入射端側に、凸レンズ２６を設け、二次元画像３を各レンズの主点２４の位置まで導いくようにした。これによって、隣接レンズ間は光学的に分離されるので、クロストークを防止することができる。

本実施の形態５によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６による三次元画像再生装置の要部である、レンズアレイへの共通入力光路又は全光学素子への共通入力光路にホログラム面を配置してクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態６では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図９に示すように、レンズアレイ１への共通入力光路にホログラム面２７を配置し、二次元画像３を各レンズの主点２４の位置まで導いくようにした。これによって、隣接レンズ間は光学的に分離されるので、クロストークを防止することができる。

また、ホログラム面２７を体積ホログラムとすることにより、回折効率の高い明るい画像を再生することができる。

本実施の形態６によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態７）
図１０は、本発明の実施の形態７による三次元画像再生装置の要部である、二次曲面又は自由曲面の焦点に視差数だけの光線を出す光源を配置してクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態７では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図１０に示すように、二次曲面又は自由曲面２８ａの焦点２９に、視差数だけの光線を出す光源３０ａを配置し、視差方向３１に光を投影することにより、クロストークのない立体画像を得るようにした。

なお、光源３０ａとしては、レーザー光源、ＬＥＤ光源、有機ＬＥＤ光源などを選択することができる。

本実施の形態７によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態８）
図１１は、本発明の実施の形態８による三次元画像再生装置の要部である、二次曲面が視差方向に投影する光を、表示する画像情報で変調して透過する透過型空間変調器を設けてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態８では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図１１に示すように、二次曲面２８ｂと、凸レンズ３３と、二次曲面２８ｂの焦点２９に配置した光源３０ｂと、凸レンズ３３と光源３０ｂとの間に配置した透過型空間変調器３２とを設け、二次曲面２８ｂが光源３０ｂの投光を凸レンズ３３経由で視差方向３１に投影する光を、透過型空間変調器３２が、表示する画像情報で変調して透過する構成としたので、凸レンズ３３からは、クロストークのない立体画像が投影される。

なお、光源３０ｂとしては、レーザー光源、ＬＥＤ光源、有機ＬＥＤ光源などを選択することができる。また、透過型空間変調器３２としては、透過型液晶を選択することができる。

本実施の形態８によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

（実施の形態９）
図１２は、本発明の実施の形態９による三次元画像再生装置の要部である、光学系で一度結像した画像を空間に投影するリーレー光学系を用いてクロストークを防止する構成を示す図である。なお、本実施の形態９では、レンズ間のクロストークを防止する構成例を示す。

図１２に示すように、視差情報を含む二次元画像３を、凸レンズ３４を含む投影光学系３５で一度立体画像３６をして結像し、この立体画像３６を更に、放物面鏡３７で再投影し光ファイバ、光ロッドなどを用いたリーレー光学系３８を使って空間に投影することで、クロストークの出にくい立体画像３９を再現するようにした。

図１２では、放物面鏡３７によって再生した立体画像３６を、リーレー光学系３８を使って再生画像の位置に立体画像３９として再再生している。

本実施の形態９によれば、レンズ間のクロストークを防止することができるので、隣のレンズに本来表示されるべきでない画像が表示されなくなり、画像が歪んだり、シフトしたりする現象が無くなる。このため、立体表示が安定し、三次元画像表示の画質が向上し、立体感を増すことが可能な三次元画像再生装置を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる三次元画像再生装置は、レンチキュラレンズアレイやフライアイレンズアレイ、又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する場合に、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止して、三次元画像のシフトを無くし、安定した三次元の画像表示を実現するのに有用であり、特に、映像技術分野、アミューズメント分野、エンターテイメント分野、インターネット分野、情報分野、マルチメディア分野、コミュニケーション分野、広告・宣伝分野、医療分野、芸術分野、教育分野、設計支援分野、シミュレーション分野、バーチャルリアリティ分野、などで使用するのに適している。

本発明の実施の形態１による三次元画像再生装置の要部である、偏光特性の差異を利用してクロストークを防止する構成を示す図 インテグラルフォトグラフィ方式の原理を説明する図 レンチキュラレンズアレイにおいて隣のレンズからのクロストークを説明する図 図１に示した三次元画像再生装置において目的のレンチキュラレンズにクロストーク無しの画像を表示させる原理的な動作を説明する図 本発明の実施の形態２による三次元画像再生装置の要部である、２枚の片凸レンズを用いてクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態３による三次元画像再生装置の要部である、集積した導波路を用いてクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態４による三次元画像再生装置の要部である、マイクロレンズを用いてクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態５による三次元画像再生装置の要部である、各レンズ又は各光学素子の入射端側に凸レンズを設けてクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態６による三次元画像再生装置の要部である、レンズアレイへの共通入力光路又は全光学素子への共通入力光路にホログラム面を配置してクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態７による三次元画像再生装置の要部である、二次曲面又は自由曲面の焦点に視差数だけの光線を出す光源を配置してクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態８による三次元画像再生装置の要部である、二次曲面が視差方向に投影する光を、表示する画像情報で変調して透過する透過型空間変調器を設けてクロストークを防止する構成を示す図 本発明の実施の形態９による三次元画像再生装置の要部である、光学系で一度結像した画像を空間に投影するリーレー光学系を用いてクロストークを防止する構成を示す図

符号の説明

１ レンズアレイ（レンチキュラレンズアレイ）
２ スペーサー
３ 視差情報を含む二次元画像
４ 縦（左）偏光のＩＰ画像
５ 横（右）偏光のＩＰ画像
６ 縦（左）偏光板
７ 横（右）偏光板
８ 再生要素画像
９ 表示素子
１０ フライアイレンズアレイ（ハエの目状凸レンズアレイ）
１１ 凸レンズ
１２ 結像点
１３ 結像点からの光線
１４ 観察者の瞳
１５ 立体感の有る三次元再生画像
１６ 絵Ａが割り当てられたレンズ（レンチキュラレンズ）
１７ 絵Ａの画素画像
１８ 絵Ｂが割り当てられたレンズ（レンチキュラレンズ）
１９ 絵Ｂの画素画像
２０ 視差情報を含む二次元画像
２１ 視差情報を含む二次元画像に面している凸レンズ
２２ 視差情報を含む二次元画像と反対方向に面している凸レンズ
２３ 集積した導波路
２４ レンズの主点
２５ 画素毎にレンズ中心を向いたマイクロレンズ
２６ 各レンズ又は各光学素子への入射光路に配置した凸レンズ
２７ レンズアレイへの共通入力光路又は全光学素子への共通入力光路に配置したホログラム面
２８ａ 二次曲面又は自由曲面
２８ｂ 二次曲面
２９ 二次曲面又は自由曲面の焦点
３０ａ 二次曲面又は自由曲面の焦点において視差数だけの光線を出す光源
３０ｂ 二次曲面の焦点において光線を出す光源
３１ 視差方向
３２ 透過型空間変調器
３３ 次曲面又は自由曲面から光線を投影するための投影レンズ
３４ 凸レンズ
３５ 凸レンズを含む投影光学系
３６ 立体画像
３７ 放物面鏡
３８ リーレー光学系
３９ クロストークの出にくい立体画像

Claims (29)

1. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間で、再生させようとする視差情報の異なる画像の光線が目的のレンズ又は目的のホログラム光学素子のみを通過できるように、視差情報の異なる画像のそれぞれに与えた偏光特性が相互間で異なるように前記レンズアレイ又は前記全ホログラム光学素子の焦点面上に配置し、各レンズの射出側面又は各ホログラム光学素子の表面に、前記偏光特性が隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間で異なり一つ置きのレンズ間又は一つ置きのホログラム光学素子間で同じとなる偏光板を配置したことを特徴とする三次元画像再生装置。
2. 前記互いに異なる偏光特性は、垂直偏光及び水平偏光であることを特徴とする請求項１に記載の三次元画像再生装置。
3. 前記互いに異なる偏光特性は、右円偏光及び左円偏光であることを特徴とする請求項１に記載の三次元画像再生装置。
4. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、互いの凸部分を外側に向けて組み合わせた２枚の片凸レンズを設けたことを特徴とする三次元画像再生装置。
5. 前記２枚の片凸レンズそれぞれの曲率半径は、表示させようとする視差情報を含む二次元画像に面している方の凸レンズが、視差情報を含む二次元画像と反対方向に面している方の凸レンズよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の三次元画像再生装置。
6. 前記２枚の片凸レンズそれぞれの屈折率は、表示させようとする視差情報を含む二次元画像に面している方の凸レンズが、視差情報を含む二次元画像と反対方向に面している方の凸レンズよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の三次元画像再生装置。
7. 前記２枚の片凸レンズは、エピスルフィド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の三次元画像再生装置。
8. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、視差情報を含む二次元画像をレンズの主点の位置まで光を導いて隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間を光学的に分離することができる集積した導波路を、視差情報を含む二次元画像に密着させて配置したことを特徴とする三次元画像再生装置。
9. 前記集積した導波路は、視野制限フィルムで形成されていることを特徴とする請求項８に記載の三次元画像再生装置。
10. 前記集積した導波路は、グラスファイバーで形成されていることを特徴とする請求項８に記載の三次元画像再生装置。
11. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、画素毎にレンズ中心を向いたマイクロレンズを設けたことを特徴とする三次元画像再生装置。
12. 前記マイクロレンズは、エピスルフィド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像再生装置。
13. 前記マイクロレンズは、スクリーン印刷で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像再生装置。
14. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、各レンズ又は各ホログラム光学素子への入力光路に、それぞれ凸レンズを配置したことを特徴とする三次元画像再生装置。
15. 前記凸レンズのそれぞれは、対応するレンズのレンズ主点を焦点とすることを特徴とする請求項１４に記載の三次元画像再生装置。
16. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、レンズアレイへの共通入力光路又は全ホログラム光学素子への共通入力光路に、ホログラム面を配置したことを特徴とする三次元画像再生装置。
17. 前記ホログラム面は、各レンズのレンズ主点を焦点とする位置に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の三次元画像再生装置。
18. 前記ホログラム面は、体積ホログラムの面であることを特徴とする請求項１６に記載の三次元画像再生装置。
19. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、二次曲面又は自由曲面の焦点に、視差数だけの光線を出す光源を配置して視差方向に光を投影するようにしたことを特徴とする三次元画像再生装置。
20. 前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項１９に記載の三次元画像再生装置。
21. 前記光源は、ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１９に記載の三次元画像再生装置。
22. 前記光源は、有機ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１９に記載の三次元画像再生装置。
23. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、凸レンズと、焦点に配置した光源の投光を前記凸レンズ経由で視差方向に投影する二次曲面と、前記凸レンズと前記光源との間に設けられ、該二次曲面が投影する光を、表示する画像情報で変調して透過する透過型空間変調器と、を設けたことを特徴とする三次元画像再生装置。
24. 前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項２３に記載の三次元画像再生装置。
25. 前記光源は、ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項２３に記載の三次元画像再生装置。
26. 前記光源は、有機ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項２３に記載の三次元画像再生装置。
27. 前記透過型空間変調器は、透過型液晶で構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の三次元画像再生装置。
28. レンチキュラレンズアレイ又はフライアイレンズアレイ又はホログラム光学素子を用いて立体像を再現する三次元画像再生装置において、隣接レンズ間又は隣接ホログラム光学素子間のクロストークを防止する手段として、光学系で一度結像した画像を、放物面、光ファイバ、光ロッドを使って空間に投影するリーレー光学系を設けたことを特徴とする三次元画像再生装置。
29. 前記リーレー光学系で用いる光ロッドは、屈折率分布形ロッドレンズであることを特徴とする請求項２８に記載の三次元画像再生装置。

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