JP2017203907A - 立体画像観察システム - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化を抑制しつつ、正確な立体画像を観察者に視認させることが可能な立体画像観察システムを提供する。【解決手段】立体画像観察システムは、立体ディスプレイ１００および誘導枠４１０を含む。立体ディスプレイ１００は、光線制御子１、複数の光線発生器２、制御装置３および記憶装置４により構成される。また、立体ディスプレイ１００は、テーブル５に設けられる。立体ディスプレイ１００においては、観察者１０が立体画像３００を観察する際に観察者１０の眼の位置すべき領域が視域５００として予め定義される。誘導枠４１０は、観察者１０の眼を視域５００から外れた位置から視域５００に視覚的に誘導する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像を観察可能な立体画像観察システムに関する。

立体画像を提示する種々の立体ディスプレイが開発されている（例えば特許文献１参照）。立体ディスプレイでは、一般に、スクリーンの前方または上方等の空間に立体画像が提示される。

特許文献１に記載された立体ディスプレイは、錐体形状の光線制御子を有する。光線制御子は、その錐体形状の底部が基準面上に開口するように配置される。基準面の下方に複数の走査型プロジェクタが固定された回転台が設けられる。各走査型プロジェクタは、回転軸を中心に回転台上で回転しつつ、光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を光線制御子の外周面に照射する。光線制御子は、各走査型プロジェクタにより照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させる。それにより、錐体形状の光線制御子の上方および内部に立体画像が表示される。

特開２０１１−４８２７３号公報

上記の立体ディスプレイにおいては、観察者が光線制御子の周囲の予め定められた領域（視域）から光線制御子の上方および内部を見た場合に立体画像が表示されるように、各走査型プロジェクタが出射すべき光線群が制御装置により制御される。そのため、観察者の眼の位置が視域からずれると、不完全な立体画像が視認されることになる。そこで、特許文献１には、カメラにより観察者の眼の位置を追跡し、眼の位置で正確な立体画像が視認されるように制御装置により光線群を補正することが記載されている。この場合、制御装置における処理が煩雑化する。そのため、制御装置に高い処理能力が求められ、立体ディスプレイが高価になる。

また、上記の方法では、カメラによる撮像処理、取得される画像データをカメラから制御装置に転送する処理、画像データから眼の位置を検出する処理、および眼の位置に基づいて光線群を補正する処理が全て行われた後、立体画像が提示される。そのため、撮像処理から立体画像が提示されるまでの一連の処理にかかる時間が長いと、観察者は、一連の処理が行われている間（例えば、２または３フレーム分の表示期間）不完全な立体画像を視認することになる。たとえ高い処理能力を有する制御装置を用いても、上記の一連の処理にかかる時間の短縮化には限界がある。

本発明の目的は、高コスト化を抑制しつつ、正確な立体画像を観察者に視認させることが可能な立体画像観察システムを提供することである。

（１）本発明に係る立体画像観察システムは、予め定義された線状に延びる視域から立体画像が観察されるように立体形状データに基づく立体画像を表示する立体ディスプレイと、観察者の眼を視域から外れた位置から視域に視覚的に誘導する誘導手段とを備える。

その立体画像観察システムによれば、観察者の眼が視域から外れた位置から視域上の位置に視覚的に誘導される。この場合、観察者の眼の位置に応じて立体ディスプレイにより表示される立体画像を補正するような煩雑な処理を行う必要がない。したがって、煩雑な処理を実行するために高い処理能力を有する高価な立体ディスプレイを用いる必要がない。その結果、高コスト化を抑制しつつ、正確な立体画像を観察者に視認させることが可能になる。

（２）誘導手段は、観察者の眼が視域上の位置および視域から外れた位置にある状態で観察者が視認可能な画像を指標として表示する指標表示部を含み、指標表示部は、観察者の眼が視域上の位置にある状態で観察者により指標が第１の画質で視認され、観察者の眼が視域から外れた位置にある状態で観察者により指標が第１の画質よりも低い第２の画質で視認されるように指標を表示してもよい。

この場合、観察者は、指標をより高い画質で視認できるように眼を視域外の位置から視域上の位置に移動させる。それにより、観察者の眼が視域上に誘導される。

（３）第１および第２の画質は、指標の変形度合いを示し、第２の画質の指標の変形度合いは第１の画質の指標の変形度合いよりも大きく、観察者の眼が視域に近づくにつれて観察者により観察される指標の変形度合いが小さくなってもよい。

この場合、観察者は、指標の変形度合いが小さくなるように眼を視域外の位置から視域上の位置に移動させる。それにより、観察者の眼が視域上の位置に誘導される。

（４）第１および第２の画質は、指標の欠損度合いを示し、第２の画質の指標の欠損度合いは第１の画質の指標の欠損度合いよりも大きく、観察者の眼が視域に近づくにつれて観察者により観察される指標の欠損度合いが小さくなってもよい。

この場合、観察者は、指標の欠損度合いが小さくなるように眼を視域外の位置から視域上の位置に移動させる。それにより、観察者の眼が視域上の位置に誘導される。

（５）指標表示部は、被投影物と、被投影物からの光線を反射して指標として視域に導く光学系とを含み、視域は、基準面に関して一方側に位置し、被投影物は、基準面に関して他方側に位置し、光学系は、被投影物を一方側に指標として結像させるとともに、観察者の眼が視域上の位置にある状態で被投影物の全体の像が観察者により視認され、観察者の眼が視域から外れた位置にある状態で被投影物の像の一部または全体が観察者により視認されないように被投影物からの光線の経路を限定してもよい。

この場合、被投影物が基準面に対して他方側に位置するので、基準面の一方側に観察者の眼を視域に誘導するための物理的な構成が設けられない。したがって、視域の側のスペースを有効に活用することができる。

（６）誘導手段は、視域に沿って設けられる枠体を含んでもよい。

この場合、観察者は、枠体により視域の位置を容易に認識することができる。それにより、観察者が眼を枠体に近づけることにより観察者の眼が視域外の位置から視域上の位置に誘導される。

本発明によれば、高コスト化を抑制しつつ、正確な立体画像を観察者に視認させることが可能になる。

第１の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。 図１の立体画像観察システムの模式的平面図である。 図１および図２の立体画像観察システムに用いられる光線制御子の斜視図である。 第２の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。 図４の立体画像観察システムの模式的平面図である。 レンチキュラ構造を有するシート状部材を用いて複数の指標を提示する方法を示す概念図である。 パララックスバリア構造を有するシート状部材を用いて複数の指標を提示する方法を示す概念図である。 図４および図５の立体画像観察システムにレンチキュラ構造またはパララックスバリア構造を有するシート状部材を適用した例を示す模式的断面図である。 第３の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。 図９の立体画像観察システムの模式的平面図である。

［１］第１の実施の形態
第１の実施の形態に係る立体画像観察システムについて図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。図２は、図１の立体画像観察システムの模式的平面図である。図３は、図１および図２の立体画像観察システムに用いられる光線制御子の斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る立体画像観察システムは、立体ディスプレイ１００および誘導枠４１０を含む。

立体ディスプレイ１００は、光線制御子１、複数の光線発生器２、制御装置３および記憶装置４により構成される。また、立体ディスプレイ１００は、テーブル５に設けられる。テーブル５は、円形の天板５１および複数の脚５２からなる。天板５１には、その中心部に円形孔部が形成されている。

図３に示すように、光線制御子１は、軸Ｚを中心として回転対称な円錐形状を有する。光線制御子１の底部は開口している。光線制御子１は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては拡散して透過しかつ軸Ｚを中心とする円周方向Ｒにおいては拡散せずに直進して透過するように形成されている。

図１に示すように、光線制御子１は、底部開口が上方を向くように天板５１の円形孔部に嵌め込まれる。テーブル５の周囲にいる観察者１０は、テーブル５の天板５１の斜め上方から光線制御子１の内周面を観察することができる。

図１および図２に示すように、テーブル５の下方には、複数の光線発生器２が光線制御子１の軸Ｚを中心とする円周上に配置されている。複数の光線発生器２は、光線制御子１の斜め下方から光線制御子１の外周面に光線を照射するように設けられる。各光線発生器２は、光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。それにより、各光線発生器２は、光線で光線制御子１の外周面を走査することができる。ここで、光線とは、拡散しない直線で表される光をいう。

図１の記憶装置４は、例えばハードディスクおよびメモリカード等からなる。記憶装置４には、立体画像３００を提示するための立体形状データが記憶される。制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなる。制御装置３は、記憶装置４に記憶される立体形状データに基づいて複数の光線発生器２を制御する。それにより、光線制御子１の上方に立体画像３００が提示される。

立体ディスプレイ１００においては、観察者１０が立体画像３００を観察可能な領域が視域５００として予め定義される。観察者１０の眼が視域５００に位置するときに、観察者１０は、歪みのない立体画像３００の全体を観察することができる。視域５００は、光線制御子１および複数の光線発生器２に対して特定の位置関係を有する。図１および図２に示すように、本例の視域５００は、天板５１よりも上方の位置で軸Ｚを中心として光線制御子１を取り囲みかつ一定幅を有する円環状の帯状領域である。また、本例の視域５００は、下端よりも上端が軸Ｚに近くなるように傾斜しているが、視域５００の向きはこれに限定されず、例えば視域５００が水平面に垂直に定義されてもよい。

観察者１０は、図１に太い二点鎖線で示すように、眼が視域５００にある状態で視線を光線制御子１の方向に向けることにより正確な立体画像３００を視認することができる。一方、観察者１０は、眼が視域５００から外れた状態で視線を光線制御子１の方向に向けても、正確な立体画像３００を視認することができない。この場合、観察者１０は、例えば立体画像３００が表示されていることを認識できないか、本来的に認識されるべき形状から変形した立体画像３００または一部が欠損した立体画像３００を視認することになる。

そこで、本実施の形態では、観察者１０の眼を視域に誘導する誘導手段として誘導枠４１０がテーブル５上に取り付けられる。図１および図２に示すように、誘導枠４１０は、２つの円環状枠部４１１、複数の連結軸４１２および複数の支柱４１３を含む。図２では、誘導枠４１０の形状が理解しやすいように、誘導枠４１０のうち１つの円環状枠部４１１がドットパターンで示される。

図１に示すように、複数の連結軸４１２は、２つの円環状枠部４１１が鉛直方向に一定間隔を隔てて重なるように、２つの円環状枠部４１１を連結する。

複数の支柱４１３は、２つの円環状枠部４１１が鉛直方向における視域５００の上端部の高さおよび下端部の高さにそれぞれ位置するように、２つの円環状枠部４１１および複数の連結軸４１２をテーブル５上に支持する。

上記の構成によれば、観察者１０は、誘導枠４１０により視域５００の位置を容易に認識することができる。それにより、観察者１０が眼を誘導枠４１０に近づけることにより、観察者１０の眼が視域５００外の位置から視域５００内の位置に誘導される。この場合、観察者１０の眼の位置に応じて立体ディスプレイ１００により表示される立体画像３００を補正するような煩雑な処理を行う必要がない。したがって、煩雑な処理を実行するために高い処理能力を有する高価な立体ディスプレイ１００を用いる必要がない。その結果、高コスト化を抑制しつつ、正確な立体画像３００を観察者１０に視認させることが可能になる。

上記の例では、２つの円環状枠部４１１および複数の連結軸４１２は、複数の支柱４１３によりテーブル５上に支持されるが、本発明はこれに限定されない。２つの円環状枠部４１１および複数の連結軸４１２は、例えば立体ディスプレイ１００が設置される部屋の天井等に支持されてもよい。

上記の円環状枠部４１１には、例えば視域５００の位置を示す文字列または記号が付されてもよい。それにより、観察者１０の眼の位置が視域５００へより円滑に誘導される。

［２］第２の実施の形態
第２の実施の形態に係る立体画像観察システムについて、第１の実施の形態に係る立体画像観察システムと異なる点を説明する。図４は、第２の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。図５は、図４の立体画像観察システムの模式的平面図である。第２の実施の形態に係る立体画像観察システムは、図１の立体ディスプレイ１００を含む。図４においては、立体ディスプレイ１００の複数の光線発生器２、制御装置３および記憶装置４の図示を省略する。また、第２の実施の形態に係る立体画像観察システムは、図１の誘導枠４１０に代えて複数（本例では、８個）の誘導部材２０ａ〜２０ｈを含む。各誘導部材２０ａ〜２０ｈは、平板形状またはシート形状を有する。

図５に示すように、視域５００に等角度間隔で複数の部分領域ｐａ〜ｐｈが定義される。複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈは、テーブル５の天板５１上で光線制御子１の上端部を取り囲むように、軸Ｚを中心として等角度間隔で配置される。複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈは、軸Ｚと複数の部分領域ｐａ〜ｐｈとの間にそれぞれ配置される。

各誘導部材２０ａ〜２０ｈの上面には、部分領域ｐａ〜ｐｈのうち最も近い部分領域に対応する指標ＭＩが描かれている。各指標ＭＩは、観察者１０の眼Ｉ０（図４）が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈにあるときにその観察者１０により第１の画質で視認される。一方、各指標ＭＩは、観察者１０の眼Ｉ０が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈから外れた位置にあるときにその観察者１０により第１の画質よりも低い第２の画質で視認される。

本実施の形態においては、画質は指標ＭＩの変形度合いを意味する。本例の画質は、指標ＭＩの変形度合いが小さいほど高く、指標ＭＩの変形度合いが大きいほど低い。第１の画質で視認される指標ＭＩは、観察者１０により立体画像として認識される。一方、第２の画質で視認される指標ＭＩは、観察者１０により歪んだ平面画像として認識される。このような指標ＭＩは、人の目の錯覚を利用した遠近法および陰影法等の絵画の表現技法を用いて生成することができる。

図４には、一の観察者１０の眼Ｉ０が誘導部材２０ａに対応する部分領域ｐａにあるときに、その観察者１０が誘導部材２０ａ上の指標ＭＩを見る状態が示される。また、他の観察者１０の眼Ｉ０が誘導部材２０ｅに対応する部分領域ｐｅにあるときに、その観察者１０が誘導部材２０ｅ上の指標ＭＩを見る状態が示される。この場合、各誘導部材２０ａ，２０ｅを見る観察者１０は、指標ＭＩを第１の画質で視認する。それにより、観察者１０は、指標ＭＩがテーブル５上に立体的に存在するように認識する。

一方、一の観察者１０の眼Ｉ０が誘導部材２０ａに対応する部分領域ｐａから外れた位置にあるときに、その観察者１０は誘導部材２０ａ上の指標ＭＩを第２の画質で視認する。本例では、観察者１０は、長く歪んだ指標ＭＩが誘導部材２０ａ上に平面的に存在するように認識する（図５参照）。また、他の観察者１０の眼Ｉ０が誘導部材２０ｅに対応する部分領域ｐｅから外れた位置にあるときに、その観察者１０は誘導部材２０ｅ上の指標ＭＩを第２の画質で視認する。本例では、観察者１０は、長く歪んだ指標ＭＩが誘導部材２０ｅ上に平面的に存在するように認識する。

これらの場合、各観察者１０は、指標ＭＩをより高い画質で視認するために眼Ｉ０を視域５００外の位置から視域５００上の位置に移動させる。それにより、観察者１０の眼Ｉ０が視域５００上に誘導される。各誘導部材２０ａ〜２０ｈとして、指標ＭＩが描かれた金属製または木製の板状部材、または指標ＭＩが描かれた紙等を用いることができる。

各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上には、観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じて指標ＭＩの見え方が変化するような光学特性を有するシート状部材が設けられてもよい。例えば、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にマイクロルーバー構造を有するシート状部材を設けてもよい。マイクロルーバー構造を有するシート状部材は、一般にタブレットまたはスマートフォン等の表示パネル上に貼付される覗き見防止用フィルタとして用いられている。

この場合、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上の指標ＭＩを第２の画質で視認可能な領域を、その誘導部材に対応する部分領域およびその隣の一または複数の領域を含む範囲に設定することができる。それにより、複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈの数に対して、観察者１０により同時に視認される指標ＭＩの数を少なくすることができる。したがって、観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じた適切な指標ＭＩにより、観察者１０の眼Ｉ０が視域５００上に誘導される。

または、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にレンチキュラ構造を有するシート状部材が設けられてもよい。この場合、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上には、そのシート状部材に対応する複数の指標ＭＩを含む画像が描かれる。この構成によれば、各誘導部材２０ａ〜２０ｈにおいて、複数の観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じて異なる複数の指標ＭＩを複数の観察者１０にそれぞれ認識させることができる。

図６は、レンチキュラ構造を有するシート状部材を用いて複数の指標ＭＩを提示する方法を示す概念図である。図６に示すように、例えば誘導部材２０の上面上に２つの指標ＭＩを含む画像として視差画像２９が設けられる。本例の視差画像２９は、互いに異なる２つの指標ＭＩをそれぞれ一方向に短冊状に分割し、一方の指標ＭＩの短冊状画像２１と他方の指標ＭＩの短冊状画像２２とを一方向に交互に並べることにより形成される。図６においては、一方の短冊状画像２１がハッチングで表され、他方の短冊状画像２２がドットパターンで表される。

視差画像２９上にレンチキュラレンズＬＬが設けられる。レンチキュラレンズＬＬは、複数のかまぼこ状の凸レンズを含む。各凸レンズは、隣り合う各２つの短冊状画像２１，２２に対応して設けられ、短冊状画像２１からの光を一の観察者１０の眼Ｉ０に導き、短冊状画像２２からの光を他の観察者１０の眼Ｉ０に導く。それにより、一の観察者１０は短冊状画像２１を視認し、他の観察者１０は短冊状画像２２を視認することができる。

あるいは、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にパララックスバリア構造を有するシート状部材が設けられてもよい。この場合、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上には、そのシート状部材に対応する複数の指標ＭＩを含む画像が描かれる。この構成によれば、各誘導部材２０ａ〜２０ｈにおいて、複数の観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じて異なる複数の指標ＭＩを複数の観察者１０にそれぞれ認識させることができる。

図７は、パララックスバリア構造を有するシート状部材を用いて複数の指標ＭＩを提示する方法を示す概念図である。図７に示すように、例えば誘導部材２０の上面上に２つの指標ＭＩを含む画像として図６の視差画像２９が設けられる。

視差画像２９上に、パララックスバリアＰＬが設けられる。パララックスバリアＰＬには、複数のスリット状の開口ＡＰを含むマスクパターンＭＰが形成されている。各開口ＡＰは、隣り合う各２つの短冊状画像２１，２２に対応して設けられる。

短冊状画像２１からの光はマスクパターンＭＰの開口ＡＰを通して一の観察者１０の眼Ｉ０に導かれ、短冊状画像２２からの光はマスクパターンＭＰの開口ＡＰを通して他の観察者１０の眼Ｉ０に導かれる。それにより、一の観察者１０は短冊状画像２１を視認し、他の観察者１０は短冊状画像２２を視認することができる。

上記のように、レンチキュラ構造またはパララックスバリア構造を有するシート状部材を用いることにより、一の誘導部材で複数の観察者１０に眼Ｉ０の位置に応じて異なる複数の指標ＭＩを複数の観察者１０にそれぞれ視認させることが可能になる。

図８は、図４および図５の立体画像観察システムにレンチキュラ構造またはパララックスバリア構造を有するシート状部材を適用した例を示す模式的断面図である。各誘導部材２０ａ〜２０ｈの上面に、２つの指標ＭＩ１，ＭＩ２を含む視差画像が設けられる。２つの指標ＭＩ１，ＭＩ２のうち一方は部分領域ｐａ〜ｐｈのうち最も近い部分領域に対応し、２つの指標ＭＩ１，ＭＩ２のうち他方は部分領域ｐａ〜ｐｈのうち最も遠い部分領域に対応する。その視差画像上に、レンチキュラ構造またはパララックスバリア構造を有するシート状部材Ｌが設けられる。

図８の例では、一の観察者１０の眼Ｉ０が部分領域ｐａにあるときに、その観察者１０は、誘導部材２０ａ上の視差画像の一方の指標ＭＩ１を立体的に認識するとともに、誘導部材２０ｅ上の視差画像の一方の指標ＭＩ２を立体的に認識する。また、他の観察者１０の眼Ｉ０が部分領域ｐｅにあるときに、その観察者１０は、誘導部材２０ａ上の視差画像の他方の指標ＭＩ２を立体的に認識するとともに、誘導部材２０ｅ上の視差画像の他方の指標ＭＩ１を立体的に認識する。それにより、互いに離間した複数の位置に表れる複数の指標ＭＩ１，ＭＩ２により、観察者１０の眼Ｉ０が視域５００に誘導される。

レンチキュラ構造またはパララックスバリア構造を有するシート状部材によれば、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上に描かれる複数の指標ＭＩのそれぞれ視認可能な位置を互いに異なる複数の領域に設定することができる。例えば、観察者１０の眼Ｉ０と視域５００との距離に応じた複数の指標ＭＩを含む視差画像を各誘導部材２０ａ〜２０ｈに描く。また、複数の領域でそれぞれ複数の指標ＭＩが視認されるように、その視差画像上にシート状部材を設ける。この場合、観察者１０と視域５００との間の距離に応じた複数の指標ＭＩにより、観察者１０の眼Ｉ０が円滑に視域５００上に誘導される。

上記の例では、観察者１０の眼を視域に誘導する誘導手段としてテーブル５上に８個の誘導部材２０ａ〜２０ｈが設けられるが、本発明はこれに限定されない。立体画像観察システムに設けられる誘導部材の数は８に限定されない。誘導部材の数は１以上７以下であってもよいし、９以上であってもよい。

上記の例では、観察者１０の眼を視域に誘導する誘導手段として指標ＭＩが描かれた複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈが用いられるが、本発明はこれに限定されない。誘導部材２０ａ〜２０ｈに代えて、液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネル等の表示パネルを含む表示装置を用いてもよい。この場合、例えば天板５１上に複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈに代えて複数の表示パネルを設ける。それにより、各表示パネル上に所望の指標ＭＩを容易に表示させることができる。

あるいは、テーブル５の天板５１の上面における複数の領域を誘導部材２０ａ〜２０ｈの上面として用いてもよい。この場合、天板５１の上面における複数の領域上に、例えばプロジェクタ等を用いて所望の指標ＭＩを表示させてもよい。

本実施の形態に係る立体画像観察システムは、上記の構成に加えて、第１の実施の形態に係る誘導枠４１０を含んでもよい。それにより、観察者１０の眼Ｉ０が複数の誘導部材２０ａ〜２０ｈおよび誘導枠４１０により視域５００外の位置から視域５００内の位置に誘導される。

［３］第３の実施の形態
第３の実施の形態に係る立体画像観察システムについて、第１の実施の形態に係る立体画像観察システムと異なる点を説明する。図９は、第３の実施の形態に係る立体画像観察システムの模式的断面図である。図１０は、図９の立体画像観察システムの模式的平面図である。第３の実施の形態に係る立体画像観察システムは、図１の立体ディスプレイ１００を含む。図９においては、立体ディスプレイ１００の複数の光線発生器２、制御装置３および記憶装置４の図示を省略する。また、第３の実施の形態に係る立体画像観察システムは、図１の誘導枠４１０に代えて複数（本例では、８個）の結像光学系３０ａ〜３０ｈおよびそれらに対応する複数の被投影物ＲＴをさらに含む。

図１０に示すように、視域５００に等角度間隔で複数の部分領域ｐａ〜ｐｈが定義される。テーブル５の天板５１には、中心部に円形孔部が形成されるとともに、円形孔部を取り囲むように複数の矩形孔部が形成されている。上記のように、円形孔部には光線制御子１が嵌め込まれる。天板５１の複数の矩形孔部に複数の結像光学系３０ａ〜３０ｈがそれぞれ嵌め込まれる。複数の結像光学系３０ａ〜３０ｈは、軸Ｚと複数の部分領域ｐａ〜ｐｈとの間にそれぞれ配置される。天板５１よりも下方の位置に、複数の結像光学系３０ａ〜３０ｈにそれぞれ対応する複数の被投影物ＲＴが設けられる。各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、被投影物ＲＴとともに複数の部分領域ｐａ〜ｐｈのうち最も近い部分領域に対応付けられる。

各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、対応する被投影物ＲＴからの光線を反射し、天板５１の上方に被投影物ＲＴの実像を指標ＭＩとして結像する。各指標ＭＩは、観察者１０の眼Ｉ０が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈにあるときにその観察者１０により第１の画質で視認される。一方、各指標ＭＩは、観察者１０の眼Ｉ０が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈから外れた位置にあるときにその観察者１０により第１の画質よりも低い第２の画質で視認される。

本実施の形態においては、画質は指標ＭＩの欠損度合いを意味する。本例の画質は、指標ＭＩの欠損度合いが小さいほど高く、指標ＭＩの欠損度合いが大きいほど低い。第１の画質で視認される指標ＭＩは、観察者１０により被投影物ＲＴの全体の像として認識される。一方、第２の画質で視認される指標ＭＩは、観察者１０により全く視認されないか、観察者１０により被投影物ＲＴの一部の像として認識される。

図９には、一の観察者１０の眼Ｉ０が結像光学系３０ａに対応する部分領域ｐａにあるときに、その観察者１０が結像光学系３０ａ上に結像される指標ＭＩを見る状態が示される。また、他の観察者１０の眼Ｉ０が結像光学系３０ｅに対応する部分領域ｐｅにあるときに、その観察者１０が結像光学系３０ｅ上に結像される指標ＭＩを見る状態が示される。この場合、各結像光学系３０ａ，３０ｅを見る観察者１０は、指標ＭＩを第１の画質で視認する。それにより、観察者１０は、欠損のない指標ＭＩが結像光学系３０ａ，３０ｅの上方に浮かんでいるように認識する。

一方、一の観察者１０の眼Ｉ０が結像光学系３０ａに対応する部分領域ｐａから外れた位置にあるときに、その観察者１０は結像光学系３０ａ上に結像される指標ＭＩを第２の画質で視認する。または、その観察者１０は結像光学系３０ａ上に結像される指標ＭＩを視認しない。本例では、観察者１０は、指標ＭＩを第２の画質で視認する場合、一部が欠損した指標ＭＩが結像光学系３０ａの上方に浮かんでいるように認識する。また、他の観察者１０の眼Ｉ０が結像光学系３０ｅに対応する部分領域ｐｅから外れた位置にあるときに、その観察者１０は結像光学系３０ｅ上に結像される指標ＭＩを第２の画質で視認する。または、その観察者１０は結像光学系３０ｅ上に結像される指標ＭＩを視認しない。本例では、観察者１０は、指標ＭＩを第２の画質で視認する場合、一部が欠損した指標ＭＩが結像光学系３０ｅの上方に浮かんでいるように認識する。

上記のように、本例の各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、観察者１０の眼Ｉ０が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈにある状態で被投影物ＲＴの全体の像が観察者１０により視認されるようにかつ観察者１０の眼Ｉ０が対応する部分領域ｐａ〜ｐｈから外れた位置にある状態で被投影物ＲＴの一部または全体の像が観察者１０により視認されないように被投影物ＲＴからの光線の経路を限定する。

この機能を実現するために、各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、例えば以下の基本構成を有する。各結像光学系３０ａ〜３０ｈには、基準面が設定されている。各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、相互に直交する２枚のマイクロミラーを有する複数の２面コーナーリフレクタを含む。複数の２面コーナーリフレクタは、各マイクロミラーが基準面に対して略垂直姿勢となるように基準面上に配置される。

各２面コーナーリフレクタは、基準面を境にして一方側から基準面に入射する光線を２枚のマイクロミラーで反射させつつ他方側へ透過させる。それにより、基準面の一方側に配置された被投影物ＲＴの実像が、基準面を対称面としてその被投影物ＲＴの面対称位置に結像される。本例では、各結像光学系３０ａ〜３０ｈは、基準面が天板５１に平行となるように設けられる。

本実施の形態に係る立体画像観察システムによれば、各観察者１０は、指標ＭＩをより高い画質で視認するために眼Ｉ０を視域５００外の位置から視域５００上の位置に移動させる。それにより、観察者１０の眼Ｉ０が視域５００内に誘導される。

また、上記の構成によれば、被投影物ＲＴが天板５１の下方に位置するので、天板５１の上方に観察者１０の眼Ｉ０を視域５００に誘導するための物理的な構成が設けられない。したがって、天板５１の上方のスペースを有効に活用することができる。

上記の例では、観察者１０に指標ＭＩを立体的に認識させるための構成として、８個の結像光学系３０ａ〜３０ｈが用いられるが、本発明はこれに限定されない。立体画像観察システムに設けられる結像光学系の数は８に限定されない。結像光学系の数は１以上７以下であってもよいし、９以上であってもよい。

上記の例では、観察者１０に指標ＭＩを立体的に認識させるために、天板５１の下方に立体形状を有する被投影物ＲＴが設けられるが、本発明はこれに限定されない。図９および図１０の例において、被投影物ＲＴが設けられるべき位置に被投影物ＲＴに代えて表示装置を設け、その表示装置上に指標ＭＩを表す二次元画像を表示してもよい。

本実施の形態に係る立体画像観察システムは、上記の構成に加えて、第１の実施の形態に係る誘導枠４１０を含んでもよい。それにより、観察者１０の眼Ｉ０が複数の結像光学系３０ａ〜３０ｈおよび誘導枠４１０により視域５００外の位置から視域５００上の位置に誘導される。

［４］他の実施の形態
（１）上記実施の形態においては、光線制御子１は、円錐形状を有するが本発明はこれに限定されない。光線制御子１は、円錐台形状を有してもよいし、円筒形状を有してもよい。これらの場合においても、視域５００は、上記実施の形態と同様に、光線制御子１の中心軸の方向に見た場合に光線制御子１を取り囲むように円環状に定義される。

（２）上記実施の形態においては、光線制御子１は、円錐形状を有するが本発明はこれに限定されない。光線制御子１は、矩形のシート形状を有してもよい。この場合、視域５００は直線状に定義される。

（３）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１００においては、光線制御子１の外周面上で光線が走査されることにより光線制御子１の上方に立体画像３００が提示されるが、本発明はこれに限定されない。立体画像を表示する立体ディスプレイは、立体画像を視認するために線状（直線状、円環状または曲線状等）に延びる視域が予め定義されるものであればよい。

立体ディスプレイは、上記の実施の形態に記載された立体ディスプレイ１００の構成に代えて、例えば円盤状のスクリーン、回転駆動部およびプロジェクタを含んでもよい。そのスクリーンは、入射する光線を予め定められた方向に偏向させつつ透過させる機能を有する。この機能は、ホログラム、プリズムまたは視域制限フィルム等を用いることにより実現される。

回転駆動部は、スクリーンをその中心を通る鉛直軸の周りで回転させる。回転するスクリーンの一面側にプロジェクタが配置される。この状態で、スクリーンの回転に同期して、スクリーンに向かって時分割でプロジェクタから光線群が出射される。このとき、スクリーンに入射する各光線が、偏向されつつスクリーンを透過する。それにより、偏向された光線群に基づいて、スクリーンの他面側の位置に立体画像が表示（再生）される。この立体ディスプレイにおいても、観察者１０が立体画像を観察可能な線状の領域が視域として予め定義される。したがって、観察者１０の眼Ｉ０が視域にある状態で、その観察者１０に立体画像が提示される。

（４）上記実施の形態においては、立体ディスプレイ１００に用いられる複数の光線発生器２は、テーブル５の下方で光線制御子１の軸Ｚを中心とする円周上に固定されているが、本発明はこれに限定されない。

テーブル５の下方の位置に、軸Ｚを中心軸として複数の光線発生器２を一定周期で回転させる回転機構が設けられてもよい。この場合、各光線発生器２は、光線制御子１における円周方向Ｒの複数の部分でそれぞれ光線を走査させることができる。そこで、制御装置３は、回転機構により回転される複数の光線発生器２の回転速度に応じて各光線発生器２を時分割で制御することにより、光線制御子１の上方の空間に立体形状データに基づく立体画像３００を表示する。

この構成によれば、立体ディスプレイ１００に用いる光線発生器２の数を低減することができる。また、各光線発生器２が回転しつつ光線制御子１の外周面に光線群を照射するので、光線発生器２の数が少ない場合でも、円周方向Ｒにおいて途切れた部分を有しない連続的な立体画像３００が提示される。

（５）第２の実施の形態においては、複数の観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じて異なる複数の指標ＭＩを複数の観察者１０にそれぞれ認識させるために、例えば各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にレンチキュラレンズＬＬが設けられるが、本発明はこれに限定されない。各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にレンチキュラレンズＬＬを設ける代わりに、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にレンズアレイを設けてもよい。この場合、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にはレンズアレイに対応する複数の画像を含む視差画像を設ける。それにより、インテグラルイメージングの原理を用いることにより、観察者１０に眼の位置に応じたより多数の指標ＭＩを視認させることができる。したがって、多数の指標ＭＩにより、観察者１０の眼Ｉ０がより効率よく視域５００上に誘導される。

また、第２の実施の形態においては、複数の観察者１０の眼Ｉ０の位置に応じて異なる複数の指標ＭＩを複数の観察者１０にそれぞれ認識させるために、例えば各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にパララックスバリアＰＬが設けられるが、本発明はこれに限定されない。各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にパララックスバリアＰＬを設ける代わりに、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上に、複数の開口が互いに交差する２方向に並ぶ（二次元方向に並ぶ）ように形成されたマスクパターンを設けてもよい。この場合、各開口は、例えば円形状、楕円形状、正方形状、矩形状または多角形状等を有する。また、複数の開口は、例えばマトリックス状に配置される。この場合、各誘導部材２０ａ〜２０ｈ上にはマスクパターンに対応する複数の画像を含む視差画像を設ける。それにより、インテグラルイメージングの原理と同様の原理を用いることにより、観察者１０に眼の位置に応じたより多数の指標ＭＩを視認させることができる。したがって、多数の指標ＭＩにより、観察者１０の眼Ｉ０がより効率よく視域５００上に誘導される。

［５］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各構成要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、視域５００が視域の例であり、立体画像３００が立体画像の例であり、立体ディスプレイ１００が立体ディスプレイの例であり、観察者１０が観察者の例であり、観察者１０の眼Ｉ０が観察者の眼の例であり、誘導枠４１０、誘導部材２０ａ〜２０ｈおよび結像光学系３０ａ〜３０ｈが誘導手段の例であり、立体画像観察システムが立体画像観察システムの例である。

また、誘導部材２０ａ〜２０ｈ、結像光学系３０ａ〜３０ｈおよび被投影物ＲＴが指標表示部の例であり、被投影物ＲＴが被投影物の例であり、結像光学系３０ａ〜３０ｈが光学系の例であり、誘導枠４１０の円環状枠部４１１が枠体の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の構成要素を用いることもできる。

本発明は、立体画像を表示する種々の立体ディスプレイに有効に利用することができる。

１ 光線制御子
２ 光線発生器
３ 制御装置
４ 記憶装置
５ テーブル
１０ 観察者
２０ａ〜２０ｈ 誘導部材
２１，２２ 短冊状画像
２９ 視差画像
３０ａ〜３０ｈ 結像光学系
５１ 天板
５２ 脚
１００ 立体ディスプレイ
３００ 立体画像
４１０ 誘導枠
４１１ 円環状枠部
４１２ 連結軸
４１３ 支柱
５００ 視域
ＡＰ 開口
Ｉ０ 眼
Ｌ シート状部材
ＭＩ，ＭＩ１，ＭＩ２ 指標
ＭＰ マスクパターン
ｐａ〜ｐｈ 部分領域
ＰＬ パララックスバリア
Ｔ 稜線方向
Ｒ 円周方向
ＲＴ 被投影物
Ｚ 軸

Claims (6)

1. 予め定義された線状に延びる視域から立体画像が観察されるように立体形状データに基づく立体画像を表示する立体ディスプレイと、
   観察者の眼を視域から外れた位置から前記視域に視覚的に誘導する誘導手段とを備える、立体画像観察システム。
2. 前記誘導手段は、観察者の眼が前記視域上の位置および前記視域から外れた位置にある状態で観察者が視認可能な画像を指標として表示する指標表示部を含み、
   前記指標表示部は、前記観察者の眼が前記視域上の位置にある状態で前記観察者により前記指標が第１の画質で視認され、前記観察者の眼が前記視域から外れた位置にある状態で前記観察者により前記指標が前記第１の画質よりも低い第２の画質で視認されるように前記指標を表示する、請求項１記載の立体画像観察システム。
3. 前記第１および第２の画質は、前記指標の変形度合いを示し、前記第２の画質の前記指標の変形度合いは前記第１の画質の前記指標の変形度合いよりも大きく、前記観察者の眼が前記視域に近づくにつれて前記観察者により観察される前記指標の変形度合いが小さくなる、請求項２記載の立体画像観察システム。
4. 前記第１および第２の画質は、前記指標の欠損度合いを示し、前記第２の画質の前記指標の欠損度合いは前記第１の画質の前記指標の欠損度合いよりも大きく、前記観察者の眼が前記視域に近づくにつれて前記観察者により観察される前記指標の欠損度合いが小さくなる、請求項２または３記載の立体画像観察システム。
5. 前記指標表示部は、被投影物と、前記被投影物からの光線を反射して前記指標として前記視域に導く光学系とを含み、
   前記視域は、基準面に関して一方側に位置し、前記被投影物は、前記基準面に関して他方側に位置し、
   前記光学系は、前記被投影物を前記一方側に前記指標として結像させるとともに、前記観察者の眼が前記視域上の位置にある状態で前記被投影物の全体の像が前記観察者により視認され、前記観察者の眼が前記視域から外れた位置にある状態で前記被投影物の像の一部または全体が前記観察者により視認されないように前記被投影物からの光線の経路を限定する、請求項４記載の立体画像観察システム。
6. 前記誘導手段は、前記視域に沿って設けられる枠体を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体画像観察システム。

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