JP6376862B2 - 立体ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、立体画像を提示する立体ディスプレイに関する。

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

特許文献１のような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位置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部により算出される。この算出は、観察者の視点の位置、各走査型プロジェクタの位置および光線制御子の位置等の多数のパラメータを用いて行われる。このようなパラメータの数が多いほど、立体画像を正確に表示するための演算が複雑になる。そのため、より容易に正確な立体画像を表示可能な立体ディスプレイが望まれる。

本発明の目的は、正確な立体画像を容易に表示可能な立体ディスプレイを提供することである。

（１）本発明に係る立体ディスプレイは、立体形状データに基づいて立体画像を提示するための立体ディスプレイであって、複数の光線からなる光線群を出射する光線出射部を有する光線発生器と、互いに積層された光透過拡散層と光反射層とを含み、回転中心軸の周囲を取り囲むように形成された光線制御子と、光線発生器を回転中心軸の周りで回転させる回転機構と、光線発生器を制御する制御部とを備え、光線制御子の光透過拡散層は、回転中心軸と光反射層との間に位置し、光線制御子の光透過拡散層の内周面は、回転中心軸を中心とする円形の水平断面を有し、光線発生器は、光線制御子の光透過拡散層に向けて光線群を出射するように設けられ、光透過拡散層は、入射する光線群を垂直方向において拡散させて透過させるように形成され、光反射層は、光透過拡散層を透過した光線群を反射するように形成され、制御部は、立体形状データに基づいて、光反射層により反射されて光透過拡散層を透過した複数の光線群の交点の各々により立体画像の各部分が提示されるように光線発生器を制御する。

この立体ディスプレイにおいては、回転中心軸の周囲を取り囲むように光線制御子が配置される。光線制御子の光透過拡散層は、回転中心軸と光反射層との間に位置する。光透過拡散層の内周面は、回転中心軸を中心とする円形の水平断面を有する。光線発生器は、回転機構により回転中心軸の周りで回転されつつ、光線制御子の光透過拡散層に向けて複数の光線からなる光線群を出射する。

この場合、光透過拡散層は、光線発生器により出射された光線群を垂直方向において拡散させて透過させる。光反射層は、光透過拡散層を透過した光線群を反射する。光透過拡散層は、光反射層により反射された光線群を垂直方向においてさらに拡散させて透過させる。

光反射層により反射されて光透過拡散層を透過した複数の光線群の交点の各々により立体画像の各部分が提示されるように、立体形状データに基づいて制御部により光線発生器が制御される。これにより、光反射層により反射されて光透過拡散層を透過した光線群を観察した観察者は、立体画像を視認することができる。

ここで、光線制御子の光透過拡散層と光反射層とが互いに積層されるので、光透過拡散層と光反射層との間に光の経路が存在しない。そのため、光線発生器が出射すべき光線群の算出において、光透過拡散層と光反射層との位置関係を変動パラメータから除外することができる。それにより、光線群の算出処理が単純化される。また、光透過拡散層と光反射層との位置関係の調整が不要となる。

さらに、上記の構成によれば、光線制御子を回転中心軸の周りで回転させる必要がないので、光線制御子の回転に起因する慣性制御を行なう必要がない。それにより、立体ディスプレイの慣性制御が容易になる。これらの結果、正確な立体画像を容易に表示することができる。

（２）光線発生器は、出射する光線群の少なくとも一部が回転中心軸を通るように配置されてもよい。この場合、回転中心軸の付近に立体画像を表示することができる。

（３）光線制御子よりも外方で回転中心軸の周囲を取り囲むように予め視域が定義されるとともに、視域から立体画像が観察されるために立体画像が提示されるべき提示領域が予め定義され、提示領域は、回転中心軸を中心とする円形領域であり、光線発生器は、光線出射部が提示領域の外方に位置するように配置されてもよい。

この場合、光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群が交差し、光線群の交差領域が形成される。交差領域と提示領域との重複領域に立体画像が提示される。ここで、上記の配置によれば、交差領域を大きくすることができる。したがって、より大きな立体画像を提示することが可能になる。

（４）光線発生器から出射される光線のうち最も外側の２つの光線が光線制御子の光反射層で反射され、回転機構により光線発生器が回転することにより、反射された最も外側の２つの光線を接線とする円形状の領域が形成され、円形状の領域と提示領域との重複領域に立体画像が提示されてもよい。

この場合、光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群を円形状の領域内で交差させることができる。これにより、円形状の領域と提示領域との重複領域に立体画像を提示することができる。

（５）光線発生器は、提示領域の全体に立体画像を提示可能な画角を有してもよい。この場合、提示領域の全体に立体画像を提示することができる。

（６）光線発生器の画角は、光線出射部を通りかつ提示領域の外周の一点に接する第１の接線と光線出射部を通りかつ提示領域の外周の他の点に接する第２の接線とがなす角度以上であってもよい。

この場合、光線群の交差領域を提示領域以上にすることができる。これにより、提示領域の全体に立体画像を提示することができる。

（７）光線発生器は、回転中心軸を含む垂直面を挟んで配置される第１および第２の光線発生器を含み、第１の光線発生器は、画角を二等分する方向に第１の中心光線を出射し、第２の光線発生器は、画角を二等分する方向に第２の中心光線を出射し、第１および第２の光線発生器は、第１および第２の中心光線が回転中心軸から外れた位置で交差するように配置されてもよい。

この場合、第１の光線発生器により出射された光線群が光線制御子で反射および拡散されることにより、立体画像の一部が形成される。また、第２の光線発生器により出射された光線群が光線制御子で反射および拡散されることにより、立体画像の他の一部が形成される。形成された立体画像の一部と他の一部とが重ね合わされることにより、より大きな立体画像を提示することができる。

（８）光線制御子よりも外方で回転中心軸の周囲を取り囲むように予め視域が定義されるとともに、視域から立体画像が観察されるために立体画像が提示されるべき提示領域が予め定義され、提示領域は、回転中心軸を中心とする円形領域であり、第１および第２の光線発生器は、光線出射部が提示領域の外周または外方に位置するように配置されてもよい。

この場合、第１の光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群が交差し、光線群の第１の交差領域が形成される。第１の交差領域と提示領域との重複領域に立体画像の一部が提示される。また、第２の光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群が交差し、光線群の第２の交差領域が形成される。第２の交差領域と提示領域との重複領域に立体画像の他の部分が提示される。ここで、上記の配置によれば、第１および第２の交差領域を大きくすることができる。したがって、より大きな立体画像を提示することが可能になる。

（９）第１の光線発生器から出射される光線のうち回転中心軸から最も遠い第１の光線が光線制御子の光反射層で反射され、回転機構により第１の光線発生器が回転することにより、反射された第１の光線を接線とする第１の円形状の領域が形成され、第２の光線発生器から出射される光線のうち回転中心軸から最も遠い第２の光線が光線制御子の光反射層で反射され、回転機構により第２の光線発生器が回転することにより、反射された第２の光線を接線とする第２の円形状の領域が形成され、第１の円形状の領域と提示領域との重複領域および第２の円形状の領域と提示領域との重複領域に立体画像が提示されてもよい。

この場合、第１の光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群を第１の円形状の領域内で交差させることができる。また、第２の光線発生器の回転により光線制御子の複数の位置で反射される光線群を第２の円形状の領域内で交差させることができる。これにより、第１の円形状の領域と提示領域との重複領域および第２の円形状の領域と提示領域との重複領域に立体画像を提示することができる。

（１０）第１の光線発生器は、提示領域の一部に立体画像を提示可能な画角を有し、第２の光線発生器は、提示領域の他の部分に立体画像を提示可能な画角を有してもよい。この場合、提示領域の全体に立体画像を提示することができる。

（１１）第１の光線発生器の画角は、当該第１の光線発生器の光線出射部を通りかつ提示領域の外周の一点に接する接線と当該第１の光線発生器の光線出射部を通りかつ回転中心軸に交差する直線とがなす角度以上であり、第２の光線発生器の画角は、当該第２の光線発生器の光線出射部を通りかつ提示領域の外周の他の点に接する接線と当該第２の光線発生器の光線出射部を通りかつ回転中心軸に交差する直線とがなす角度以上であってもよい。

この場合、第１および第２の交差領域の各々を提示領域以上にすることができる。これにより、提示領域の全体に立体画像を提示することができる。

本発明によれば、正確な立体画像を容易に表示することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体ディスプレイの模式的断面図である。 図１の立体ディスプレイの模式的平面図である。 図１の立体ディスプレイにおける光線制御子の構成および機能を説明するための図である。 光線発生器の動作を説明するための模式的平面図である。 立体画像の提示方法を説明するための模式的平面図である。 立体画像の提示方法を説明するための模式的断面図である。 光線発生器の配置および画角と立体画像が提示される領域との関係を説明するための平面図である。 光線発生器の配置および画角と立体画像が提示される領域との他の関係を説明するための平面図である。 光線発生器の配置および画角と立体画像が提示される領域とのさらに他の関係を説明するための平面図である。 本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。 観察者の眼が円環状視域から外れた位置にある場合の光線群の補正を説明するための図である。 第２の実施の形態における光線発生器の配置を示す図である。 第２の実施の形態における一方の光線発生器の配置および画角と立体画像が提示される領域との関係を説明するための平面図である。 第２の実施の形態における他方の光線発生器の配置および画角と立体画像が提示される領域との関係を説明するための平面図である。 他の実施の形態における光線発生器の配置を示す平面図である。

［１］第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態に係る立体ディスプレイについて図面を参照しながら説明する。

（１）立体ディスプレイの構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る立体ディスプレイの模式的断面図である。図２は、図１の立体ディスプレイの模式的平面図である。

図１に示すように、立体ディスプレイは光線発生器２、制御装置３、記憶装置４、回転モジュール６、光線制御子７および複数のカメラ８により構成される。制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなる。記憶装置４は、例えばハードディスク、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。

図１および図２の立体ディスプレイを構成する構成物は、テーブル５の下方に設けられる。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は中心に円形の孔部５１ｈを有する。孔部５１ｈの形状は円形に限らず、三角形もしくは四角形等の多角形、楕円またはその他の形状であってもよい。また、テーブル５の孔部５１ｈに透明の板が嵌め込まれてもよい。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の斜め上方から天板５１の中心近傍を観察することができる。

テーブル５の下方には、回転モジュール６が設けられる。回転モジュール６は、モータ６１、回転軸６２、回転台６３、信号伝送装置６４および回転量計測器６５により構成される。回転軸６２は、鉛直方向に延びる中心軸Ｚ上に位置するようにモータ６１に取り付けられる。

回転軸６２には、回転台６３が水平姿勢で取り付けられる。回転軸６２と回転台６３との間には信号伝送装置６４が設けられる。信号伝送装置６４は、静止体と回転体との間で電力または信号を伝送するための装置である。信号伝送装置６４としては、例えばスリップリングまたは光ロータリジョイント等を用いることができる。

また、回転軸６２には、回転量計測器６５が設けられる。回転量計測器６５は、回転軸６２の回転位置を検出するために用いられる。回転量計測器６５としては、例えばロータリエンコーダ等を用いることができる。モータ６１は、制御装置３により制御される。モータ６１がステッピングモータ等の回転量を厳密に制御可能な機構である場合には、回転量計測器６５は必ずしも必要ではない。

回転台６３上には、光線発生器２が固定される。光線発生器２は、例えば走査型プロジェクタである。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、光線発生器２は、光線で光線制御子７の後述する光透過拡散層７２の入出射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。光線発生器２は、外方かつ斜め上方に複数の光線からなる光線群を出射するように設けられる。

光線発生器２は、空間光変調器および複数のレンズからなるレンズアレイ等の投影系を備えた一般的なプロジェクタであってもよい。ここで、投影系のアパーチャ（開口）が十分に小さい場合には、走査型プロジェクタと同様に光線群を形成することができる。空間光変調器は、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）である。

図３（ａ）〜（ｅ）は、図１の立体ディスプレイにおける光線制御子７の構成および機能を説明するための図である。図３（ａ）は光線制御子７の斜視図であり、図３（ｂ）は光線制御子７の光透過拡散層７２の縦断面図であり、図３（ｃ）は光線制御子７の光透過拡散層７２の横断面図である。図３（ｄ）は光線制御子７の縦断面図であり、図３（ｅ）は光線制御子７の横断面図である。

図３（ａ）に示すように、光線制御子７は、円筒形状の光反射層７１の内面に光透過拡散層７２が積層された構成を有する。本例では、光反射層７１は内面に反射面を有するミラーである。光反射層７１は、シート状部材または板状部材であってもよく、あるいは光透過拡散層７２の一面に塗料を塗布することにより形成された反射膜であってもよい。光透過拡散層７２は、レンチキュラシートであってもよいし、ホログラフィックスクリーンであってもよい。光透過拡散層７２は、透光性を有する平坦なシート状部材の表面上に、微小な光拡散材料を含む樹脂層が形成された構成を有してもよい。この場合、微小な光拡散材料は、例えば楕円形状または繊維形状を有する。

光透過拡散層７２は、互いに直交する第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙにおいて異なる構成を有するように形成されている。本例では、第１の方向Ｘは光透過拡散層７２の稜線方向であり、第２の方向Ｙは光透過拡散層７２の周方向である。ここで、第１の方向Ｘに沿って光透過拡散層７２に交差する面を第１の面ＦＸと呼び、第２の方向Ｙに沿って光透過拡散層７２に交差する面を第２の面ＦＹと呼ぶ。光透過拡散層７２に入射した光線は、図３（ｂ）に示すように、第１の面ＦＸ内で第１の方向Ｘにおいて大きく拡散して透過し、図３（ｃ）に示すように、第２の面ＦＹ内でわずかに拡散つつほぼ直進して透過する。

このように、光透過拡散層７２を透過した光線の第２の方向Ｙにおける拡散角は、第１の方向Ｘにおける拡散角よりも小さい。第２の方向Ｙにおける拡散角は、第１の方向Ｘにおける拡散角の１／１０以下であってもよい。例えば、第１の方向Ｘにおける拡散角よりも小さい。本実施の形態においては、第１の方向Ｘにおける拡散角は例えば６０度であり、第２の方向Ｙにおける拡散角は例えば１度である。第２の方向Ｙにおける拡散角は、これに限定されず、例えば１度より小さくてもよい。

光線制御子７は、光透過拡散層７２の第１の方向Ｘが中心軸Ｚに平行な垂直方向に一致しかつ第２の方向Ｙが水平方向に一致するように固定される。また、光線制御子７の中心軸は回転軸６２および中心軸Ｚと一致する。図３（ｄ）に示すように、光線制御子７の光透過拡散層７２に入射した光線は、第１の面ＦＸ内で第１の方向Ｘにおいて大きく拡散して光透過拡散層７２を透過し、光反射層７１の反射面で反射される。光反射層７１の反射面で反射された光線は、第１の面ＦＸ内で第１の方向Ｘにおいて大きく拡散して光透過拡散層７２を再び透過し、光透過拡散層７２の表面から出射される。

図３（ｅ）に示すように、光線制御子７の光透過拡散層７２に入射した光線は、第２の面ＦＹ内でわずかに拡散しつつほぼ直進して光透過拡散層７２を透過し、光反射層７１の反射面で反射される。光反射層７１の反射面で反射された光線は、第２の面ＦＹ内でわずかに拡散しつつほぼ直進して光透過拡散層７２を再び透過し、光透過拡散層７２の表面から出射される。

光線制御子７における光透過拡散層７２の内面を入出射面と呼ぶ。光透過拡散層７２の入出射面は円形の水平断面を有する。光線発生器２から出射された光線群は、光線制御子７の光透過拡散層７２の入出射面に入射し、光透過拡散層７２により垂直方向において拡散して透過し、光反射層７１により反射される。光反射層７１により反射された光線群は、光反射層７１により垂直方向においてさらに拡散して透過し、光透過拡散層７２の入出射面から出射される。光透過拡散層７２の入出射面から出射された光線群は、天板５１の孔部５１ｈを通して天板５１の下方から上方に導かれる。

回転台６３上の光線発生器２および回転量計測器６５は、信号伝送装置６４を介して制御装置３に接続される。モータ６１が作動することにより、回転軸６２が回転台６３および光線発生器２とともに回転する。この場合、回転する光線発生器２から出射される光線群は、光線制御子７により垂直方向において拡散するとともに反射される。

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光線発生器２を制御する。それにより、天板５１の孔部５１ｈの上方および下方に立体画像３００が提示される。

複数のカメラ８は、テーブル５の周囲にいる観察者１０の顔を撮像するように配置される。複数のカメラ８により得られる画像データは、制御装置３に与えられる。制御装置３は、複数のカメラ８から与えられる画像データに基づいて各観察者１０の眼の位置（視点）を算出し、後述する視点追跡による光線群の補正を行う。

（２）光線発生器の動作
図４（ａ），（ｂ）は、光線発生器２の動作を説明するための模式的平面図である。図４に示すように、光線発生器２は、レーザ光からなる光線を出射する光線出射口Ｐを有する。光線発生器２は、光線出射口Ｐから光線を出射するとともに、上記のように、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。

光線発生器２が光線を水平面内で偏向させることにより、光透過拡散層７２の入出射面を水平方向に走査することができる。また、光線発生器２が光線を垂直面内で偏向させることにより、光透過拡散層７２の入出射面を垂直方向に走査することができる。それにより、光線発生器２は、光線で光透過拡散層７２の入出射面を走査することができる。

また、光線発生器２は、光線の方向ごとに光線の色を設定することができる。それにより、光線発生器２は、擬似的に複数の光線からなる光線群を出射する。

図４（ａ）において、光線発生器２は、複数の光線Ｌ１〜Ｌ５を光線制御子７に照射する。光線Ｌ１〜Ｌ５は、それぞれ任意の色に設定される。それにより、図４（ｂ）に示すように、それぞれ設定された色の光線Ｌ１〜Ｌ５が光線制御子７の光透過拡散層７２を透過し、光反射層７１の反射面の複数の位置Ｐ１〜Ｐ５で反射される。複数の位置Ｐ１〜Ｐ５で反射された複数の光線Ｌ１〜Ｌ５は再び光透過拡散層７２を透過し、光線制御子７の上方に導かれる。

光透過拡散層７２は、水平方向において光線Ｌ１〜Ｌ５をほとんど拡散させずにほぼ直線状に透過させるので、観察者１０は、ある位置でほぼ一本の光線のみを視認することができる。また、光線制御子７は、光線Ｌ１〜Ｌ５を垂直方向において大きく拡散させて透過させるので、観察者１０は、ほぼ一本の光線を上下方向の任意の位置から視認することができる。

（３）立体画像の提示方法
図５は、立体画像３００の提示方法を説明するための模式的平面図である。図５においては、光線発生器２から直接出射された光線が細い線で示され、光線制御子７により反射された光線が太い線で示される。また、時刻ｔにおける光線発生器２およびその光線発生器２により出射された光線が実線で示される。時刻ｔ＋１における光線発生器２およびその光線発生器２により出射された光線が点線で示される。時刻ｔ＋２における光線発生器２およびその光線発生器２により出射された光線が一点鎖線で示される。

光線発生器２は、矢印の方向に移動する。なお、光線発生器２の移動方向は、図５の矢印の方向（反時計回り）に限定されず、時計回りであってもよい。例えば、天板５１の孔部５１ｈの上方または下方の位置ＰＲに赤色の画素を提示する場合には、光線制御子７により反射される光線ＬＲ０が位置ＰＲを通るように、時刻ｔで所定の方向に赤色の光線ＬＲ０を出射する。また、光線制御子７により反射される光線ＬＲ１が位置ＰＲを通るように、時刻ｔ＋１で所定の方向に赤色の光線ＬＲ１を出射する。さらに、光線制御子７により反射される光線ＬＲ２が位置ＰＲを通るように、時刻ｔ＋２で所定の方向に赤色の光線ＬＲ２を出射する。

それにより、赤色の光線ＬＲ０，ＬＲ１，ＬＲ２の交点に点光源となる赤色の画素が提示される。この場合、観察者１０の眼が位置ＩＲ０にある場合、位置ＩＲ１にある場合および位置ＩＲ２にある場合に、位置ＰＲに赤色の画素が見える。

同様にして、天板５１の孔部５１ｈの上方または下方の位置ＰＧに緑色の画素を提示する場合には、光線制御子７により反射される光線ＬＧ０が位置ＰＧを通るように、時刻ｔで所定の方向に緑色の光線ＬＧ０を出射する。また、光線制御子７により反射される光線ＬＧ１が位置ＰＧを通るように、時刻ｔ＋１で所定の方向に緑色の光線ＬＧ１を出射する。さらに、光線制御子７により反射される光線ＬＧ２が位置ＰＧを通るように、時刻ｔ＋２で所定の方向に緑色の光線ＬＧ２を出射する。

それにより、緑色の光線ＬＧ０，ＬＧ１，ＬＧ２の交点に点光源となる緑色の画素が提示される。この場合、観察者１０の眼が位置ＩＧ０にある場合、位置ＩＧ１にある場合および位置ＩＧ２にある場合に、位置ＰＧに緑色の画素が見える。

このようにして、光線発生器２により時分割で異なる位置から立体画像３００の各位置を通る方向に提示すべき色の光線が出射される。

回転する光線発生器２から出射される光線群が小さな角度間隔ごとに制御されることにより天板５１の孔部５１ｈの上方および下方の空間が光線が交わった状態である光点群で十分に密に満たされる。それにより、円周上のいずれの方向から天板５１の孔部５１ｈの上方および下方を観察しても位置ＰＲ，ＰＧを通過する適切な光線が目に入射することになり、人の目はそこに点光源があるように認識する。実物体の表面にて反射または拡散した照明光を人は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置ＰＲ，ＰＧの色を回転する光線発生器２から出射される光線によって適切に再現することにより、立体画像３００を提示することができる。

このようにして、立体画像３００を天板５１の孔部５１ｈの上方および下方の空間に提示することができる。この場合、観察者１０は、円周方向における異なる位置で同一の立体画像３００をそれぞれ異なる方向から視認することができる。

図６は、立体画像３００の提示方法を説明するための模式的断面図である。図６に示すように、光線発生器２から出射された光線は、光線制御子７の光反射層７１により反射され、光透過拡散層７２で拡散角αで垂直方向において拡散される。それにより、観察者１０は、拡散角αの範囲内において垂直方向の異なる位置で光線発生器２から出射される同じ色の光線を見ることができる。

例えば、観察者１０が視線を基準の位置Ｅから上方の位置Ｅ’に移動させた場合でも、立体画像３００の同じ部分を見ることができる。この場合、垂直方向における観察者１０の眼の位置により観察者１０が視認する立体画像３００の位置が移動する。このように、光線発生器２から出射された光線が光透過拡散層７２で垂直方向において拡散されるため、観察者１０が視線を上下に移動させても立体画像３００を観察することができる。

光線発生器２から出射される光線群の各光線の色は、記憶装置４に記憶される立体形状データに基づいて制御装置３により光線発生器２の回転位置ごとおよび光線の走査位置ごとに算出される。ここで、光線発生器２の回転位置とは、中心軸Ｚを中心とする基準の半径方向からの光線発生器２の回転角度をいう。

具体的には、制御装置３は、立体形状データとして予め定義される三次元の立体形状の面と各光線との交点を求め、光線に与えるべき適切な色を算出する。制御装置３は、回転量計測器６５の出力信号に基づいて光線発生器２の回転位置を判定し、回転位置ごとおよび光線の走査位置ごとに算出した光線群の各光線の色に基づいて光線発生器２を制御する。それにより、天板５１の孔部５１ｈの上方および下方に立体画像３００が提示されるように、光線発生器２から算出された色をそれぞれ有する光線が出射される。それにより、フリッカーが小さくかつ時間解像度が高いカラーの立体画像３００を提示することができる。

この場合、制御装置３は、立体形状データに基づいて光線発生器２から出射されるべき各光線の色を色データとして回転位置ごとおよび光線の走査位置ごとに予め算出し、算出した色データを記憶装置４に記憶させてもよい。そして、立体画像３００の提示の際に、回転量計測器６５の出力信号に同期して記憶装置４から色データを読み出し、読み出した色データに基づいて光線発生器２を制御してもよい。あるいは、制御装置３は、光線発生器２の回転中に回転量計測器６５の出力信号に同期して立体形状データに基づいて光線発生器２から出射されるべき各光線の色を色データとして算出し、算出した色データに基づいて光線発生器２を制御してもよい。

上記のようにして、本実施の形態に係る立体ディスプレイによれば、立体画像３００の指向性表示が可能となる。

（４）立体画像が表示される領域
複数の観察者１０が図１および図２のテーブル５の周囲に着座している場合には、複数の観察者１０の眼は、中心軸Ｚからほぼ一定の距離でかつほぼ一定の高さの位置（基準の位置）にあるとみなすことができる。そこで、図１および図２に示すように、複数の観察者１０の眼が位置する円環状の領域を円環状視域５００として設定する。

図７〜図９は、光線発生器２の配置および画角と立体画像３００が提示される領域との関係を説明するための平面図である。なお、光線発生器２の画角とは、光線出射口Ｐからの光線の出射範囲を角度で表示したものであり、以下の説明では、光線発生器２の水平面内での画角を単に画角と略記する。また、光線発生器２の画角を二等分する方向に光線出射口Ｐから出射される光線を中心光線と呼ぶ。本実施の形態では、中心光線ＬＣが中心軸Ｚを通るように光線発生器２が配置される。

円環状視域５００から観察可能な光線制御子７内の領域を第１の領域（提示領域）Ｒ１と呼ぶ。第１の領域Ｒ１は、光線制御子７の形状および寸法ならびに円環状視域５００により定まる。一方、光線発生器２が回転されることにより、光線制御子７の複数の位置で反射された光線で満たされる領域を第２の領域（交差領域）Ｒ２と呼ぶ。第２の領域Ｒ２は光線発生器２の位置および光線発生器２の画角により定まる。第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との重複領域に立体画像３００を提示することができる。

図７〜図９において、第１の領域Ｒ１を一点鎖線で示す。第１の領域Ｒ１は光線制御子７と同心の半径ｒ１の円形状を有する。また、光線発生器２は、光線出射口Ｐが光線制御子７と同心の半径ｒ２の円周上に位置するように配置される。

図７（ａ），（ｂ）の例においては、半径ｒ２が半径ｒ１よりも小さくなるように光線発生器２が配置される。図７（ａ）に示すように、光線発生器２から所定の画角で光線が出射される。図７（ａ）においては、光線発生器２から直接出射された最も外側の２つの光線が細い線で示され、光線制御子７により反射された光線が太い線で示される。図８（ａ）および図９（ａ）においても同様である。以下、光線発生器２から出射される光線のうち最も外側の２つの光線を最外光線と呼ぶ。２つの最外光線の間の領域に光線群を形成することができる。

この状態で、図７（ｂ）に示すように、光線発生器２が回転される。なお、図７（ｂ）には、１／３２回転ごとに時分割で光線制御子７により反射される最外光線が示され、光線発生器２の図示が省略される。図８（ｂ）および図９（ｂ）においても同様である。この場合、光線制御子７により反射された最外光線を接線とする円形状の領域が第２の領域Ｒ２となる。すなわち、光線発生器２の回転により第２の領域Ｒ２の内側に光線群を形成することができる。

図７（ｂ）においては、第２の領域Ｒ２がハッチングパターンで示される。図７（ａ），（ｂ）に示すように、半径ｒ２が半径ｒ１よりも小さい場合には、第２の領域Ｒ２は第１の領域Ｒ１よりも小さい。この場合、第１の領域Ｒ１内の一部の領域に立体画像３００を提示することができる。

図８（ａ），（ｂ）の例においては、半径ｒ２が半径ｒ１よりも大きくなるように光線発生器２が配置される。図８（ａ）に示すように、光線発生器２から所定の画角で光線が出射される。図８（ａ）の光線発生器２の画角は、図７（ａ）の光線発生器２の画角と等しい。この状態で、図８（ｂ）に示すように、光線発生器２が回転される。この場合、光線制御子７により反射された最外光線を接線とする円形状の領域が第２の領域Ｒ２となる。

図８（ｂ）においては、第２の領域Ｒ２がハッチングパターンで示される。図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、半径ｒ２を大きくすることにより、第２の領域Ｒ２を大きくすることができる。

図９（ａ），（ｂ）の例においては、半径ｒ２が半径ｒ１よりも大きくなるように光線発生器２が配置される。図９（ａ）に示すように、光線発生器２から所定の画角で光線が出射される。図９（ａ）の半径ｒ２は図８（ａ）の半径ｒ２と等しく、図９（ａ）の光線発生器２の画角は図８（ａ）の光線発生器２の画角よりも大きい。この状態で、図９（ｂ）に示すように、光線発生器２が回転される。この場合、光線制御子７により反射された最外光線を接線とする円形状の領域が第２の領域Ｒ２となる。

図９（ｂ）においては、第２の領域Ｒ２がハッチングパターンで示される。図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、光線発生器２の画角を大きくすることにより、第２の領域Ｒ２が大きくなる。したがって、図８（ａ），（ｂ）に示すように、半径ｒ２が半径ｒ１よりも大きくかつ光線発生器２の画角が比較的大きい場合には、第２の領域Ｒ２を第１の領域Ｒ１よりも大きくすることができる。この場合、１個の光線発生器２により第１の領域Ｒ１の全体に立体画像３００を提示することができる。

これらの結果、より大きな画角を有する光線発生器２を用いかつ中心軸Ｚから光線発生器２の光線出射口Ｐまでの距離を大きくした場合に、より大きな領域に立体画像３００を提示することが可能となる。具体的には、光線発生器２の画角は、光線出射口Ｐを通りかつ第１の領域Ｒ１の外周の一点に接する第１の接線と光線出射口Ｐを通りかつ第１の領域Ｒ１の外周の他の点に接する第２の接線とがなす角度以上にされる。この場合、光線群の交差領域を第１の領域Ｒ１以上にすることができる。これにより、第１の領域Ｒ１の全体に立体画像３００を提示することができる。

（５）両眼視差の発生原理
ここで、本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理について説明する。

図１０は、本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。図１０には、互いに異なる４つの時点における光線発生器２に対応する光線発生器２が示される。４つの時点における光線発生器２をそれぞれ光線発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと呼ぶ。

図１０においては、光線発生器２ａ〜２ｄから直接出射された光線が細い線で示され、光線制御子７により反射された光線が太い線で示される。また、光線発生器２ａおよび光線発生器２ａにより出射された光線が実線で示され、光線発生器２ｂおよび光線発生器２ｂにより出射された光線が点線で示される。光線発生器２ｃおよび光線発生器２ｃにより出射された光線が一点鎖線で示され、光線発生器２ｄおよび光線発生器２ｄにより出射された光線が二点鎖線で示される。

図１０において、観察者１０が天板５１の孔部５１ｈの上方または下方の点Ｐ３１を見た場合には、光線発生器２ａから出射された光線Ｌａが、光線制御子７により反射されて右眼１００Ｒに入射する。同時に、光線発生器２ｂから出射された光線Ｌｂが、光線制御子７により反射されて左眼１００Ｌに入射する。

また、観察者１０が天板５１の孔部５１ｈの上方または下方の点Ｐ３２を見た場合には、光線発生器２ｃから出射された光線Ｌｃが、光線制御子７により反射されて右眼１００Ｒに入射する。同時に、光線発生器２ｄから出射された光線Ｌｄが、光線制御子７により反射されて左眼１００Ｌに入射する。

ここで、光線Ｌａの色と光線Ｌｄの色とは同じであり、光線Ｌｂの色は光線Ｌａの色と異なり、光線Ｌｃの色は光線Ｌｄの色とは異なるとする。この場合、点Ｐ３１の色は見る方向により異なる。また、点Ｐ３２の色も見る方向により異なる。

光線Ｌａにより立体画像３００の点Ｐａが作られ、光線Ｌｂにより立体画像３００の点Ｐｂが作られ、光線Ｌｃにより立体画像３００の点Ｐｃが作られ、光線Ｌｄにより立体画像３００の点Ｐｄが作られる。

図１０の例では、立体画像３００の点Ｐａと点Ｐｄとが同じ位置にある。すなわち、光線Ｌａと光線Ｌｄとの交点に立体画像３００の点Ｐａ，Ｐｄが作られる。したがって、点Ｐａ，Ｐｄは、仮想的な点光源とみなすことができる。この場合、右眼１００Ｒで点Ｐａ，Ｐｄを見る方向と左眼１００Ｌで点Ｐａ，Ｐｄを見る方向とが異なる。すなわち、右眼１００Ｒの視線方向と左眼１００Ｌの視線方向との間に輻輳角がある。また、右眼１００Ｒおよび左眼１００Ｌで点Ｐ３１，Ｐ３２を見たときの点Ｐａ〜Ｐｄの位置関係が異なる。すなわち視差が発生する。これにより、光線群により形成される画像の立体視が可能となる。

（６）視点追跡による光線群の補正機能
制御装置３は、複数の観察者１０の眼が円環状視域５００にあるとみなして各光線発生器２を制御する。それにより、複数の観察者１０の眼が円環状視域５００にある場合に、複数の観察者１０は、同じ高さに同じ形状の立体画像３００を視認することができる。

図６を用いて説明したように、垂直方向における観察者１０の眼の位置により観察者１０が視認する立体画像３００の各画素の位置が移動する。そのため、観察者１０の眼が円環状視域５００から外れた位置にある場合には、立体画像３００が変形して見える。

そこで、本実施の形態に係る立体ディスプレイでは、カメラ８を用いた視点追跡により検出される各観察者１０の眼の位置に基づいて光線発生器２から光線制御子７に照射される光線群が補正される。

図１１は、観察者１０の眼が円環状視域５００から外れた位置にある場合の光線群の補正を説明するための図である。

図１１において、円環状視域５００は、中心軸Ｚから水平方向において距離ｄ１でかつテーブル５の天板５１から高さＨ１の位置にある。ここでは、立体画像３００の１つの画素ＰＩＸを天板５１の孔部５１ｈの上方または下方の標準の位置ＰＳに提示する方法について説明する。

観察者１０の眼が円環状視域５００上の位置Ｉ１にある場合には、立体画像３００の画素ＰＩＸの色を有する光線Ｌ３１が光線発生器２から光線制御子７の位置Ｐ１に照射される。位置Ｐ１に照射された光線Ｌ３１は、光線制御子７により反射されるとともに垂直方向において拡散され、拡散された１本の光線が標準の位置ＰＳを通過して位置Ｉ１にある観察者１０の眼に入射する。それにより、位置Ｉ１に眼がある観察者１０は、標準の位置ＰＳに画素ＰＩＸを視認することができる。

観察者１０の眼が円環状視域５００よりも上方の高さＨ２の位置Ｉ２にある場合には、立体画像３００の画素ＰＩＸの色を有する光線Ｌ３２が光線発生器２から光線制御子７の位置Ｐ２に照射される。位置Ｐ２に照射された光線Ｌ３２は、光線制御子７により反射されるとともに垂直方向において拡散され、拡散された１本の光線が標準の位置ＰＳを通過して位置Ｉ２にある観察者１０の眼に入射する。それにより、位置Ｉ２に眼がある観察者１０は、標準の位置ＰＳに画素ＰＩＸを視認することができる。

観察者１０の眼が円環状視域５００と同じ高さで水平方向において中心軸Ｚから距離ｄ２の位置Ｉ３にある場合には、立体画像３００の画素ＰＩＸの色を有する光線Ｌ３３が光線発生器２から光線制御子７の位置Ｐ３に照射される。位置Ｐ３に照射された光線Ｌ３３は、光線制御子７により反射されるとともに垂直方向において拡散され、拡散された１本の光線が標準の位置ＰＳを通過して位置Ｉ３にある観察者１０の眼に入射する。それにより、位置Ｉ３に眼がある観察者１０は、標準の位置ＰＳに画素ＰＩＸを視認することができる。

具体的には、制御装置３は、カメラ８から与えられる画像データに基づいて観察者１０の眼の位置の座標を算出する。観察者１０の眼の位置が円環状視域５００上にある場合には、制御装置３は、眼の位置と標準の位置ＰＳとを通る直線が光線制御子７と交差する位置Ｐ１に画素ＰＩＸの色を有する光線Ｌ３１が照射されるように光線発生器２を制御する。

観察者１０の眼が円環状視域５００から外れた位置にある場合には、制御装置３は、眼の位置と標準の位置ＰＳとを通る直線が光線制御子７と交差する位置に画素ＰＩＸの色を有する光線が照射されるように光線発生器２を制御する。

このようにして、制御装置３は、観察者１０の眼の位置に応じて標準の位置ＰＳに画素ＰＩＸを提示するための光線の方向を補正する。換言すると、制御装置３は、観察者１０の眼の位置に応じて画素ＰＩＸの色を有する光線が観察者１０の眼に入射するように、光線発生器２から出射される光線群の各光線の色を補正する。その結果、観察者１０は、眼の位置にかかわらず同一の形状を有する立体画像３００を視認することができる。

なお、観察者１０の眼が円環状視域５００と標準の位置ＰＳとを通る直線上にある場合には、観察者１０の眼が円環状視域５００から外れた位置Ｉ４にあっても、観察者１０の眼が円環状視域５００上にある場合と同様に、立体画像３００の画素ＰＩＸの色を有する光線Ｌ３１が光線発生器２から光線制御子７の位置Ｐ１に照射される。それにより、観察者１０は、標準の位置ＰＳに画素ＰＩＸを視認することができる。

このように、観察者１０の眼の位置に応じて光線発生器２から出射される光線群を補正することにより観察者１０の眼の位置にかかわらず立体画像３００が変形することなく提示される。

本実施の形態においては、カメラ８から与えられる画像データに基づいて観察者１０の眼の位置の座標が算出されるが、これに限定されない。例えば、レーダーまたはソナー等の物体探知機構が立体ディスプレイに設けられ、物体探知機構から与えられるデータに基づいて観察者１０の眼の位置の座標が算出されてもよい。

また、本実施の形態においては、複数の観察者１０にそれぞれ対応して複数のカメラ８が設けられるが、これに限定されない。１または複数の観察者１０に対応しないように１または複数のカメラ８が設けられてもよい。例えば、１または複数の観察者１０の顔を撮像するように１個のカメラ８が設けられてもよい。

（７）効果
本実施の形態においては、光線制御子７の光透過拡散層７２と光反射層７１とが互いに積層されるので、光透過拡散層７２と光反射層７１との間に光の経路が存在しない。そのため、光線発生器２が出射すべき光線群の算出において、光透過拡散層７２と光反射層７１との位置関係を変動パラメータから除外することができる。それにより、光線群の算出処理が単純化される。また、光透過拡散層７２と光反射層７１との位置関係の調整が不要となる。

また、光線制御子７を中心軸Ｚの周りで回転させる必要がないので、光線制御子７の回転に起因する慣性制御を行なう必要がない。それにより、立体ディスプレイの慣性制御が容易になる。これらの結果、正確な立体画像３００を容易に表示することができる。

［２］第２の実施の形態
（１）光線発生器の配置
第２の実施の形態に係る立体ディスプレイについて、第１の実施の形態に係る立体ディスプレイと異なる点を説明する。図１２は、第２の実施の形態における光線発生器２の配置を示す図である。

本実施の形態においては、図１２に示すように、２個の光線発生器２が配置される。２個の光線発生器２をそれぞれ光線発生器２Ａ，２Ｂと呼ぶ。本実施の形態では、光線発生器２Ａ，２Ｂは、中心軸Ｚを含む垂直面に関して面対称となるように配置される。また、光線発生器２Ａ，２Ｂは、光線出射口Ｐが光線制御子７と同心の半径ｒ２の円周上に位置するように配置される。本例においては、半径ｒ２は第１の領域Ｒ１の半径ｒ１と等しい。また、光線発生器２Ａ，２Ｂは、それぞれの中心光線ＬＣａ，ＬＣｂが中心軸Ｚから外れた位置で交差するように配置される。

図１３は、第２の実施の形態における一方の光線発生器２Ａの配置および画角と立体画像３００が提示される領域との関係を説明するための平面図である。光線発生器２Ａから所定の画角で光線が出射される。図１３（ａ），（ｂ）においては、光線発生器２Ａから直接出射された一方の最外光線が実線で示され、他方の最外光線が点線で示される。また、光線制御子７により反射された最外光線が太い線で示される。また、図１３（ｂ）においては、光線制御子７により反射された他方の最外光線の図示および光線発生器２Ａの図示を省略する。

本例においては、図１３（ａ）に示すように、一方の最外光線は第１の領域Ｒ１の接線方向を向き、他方の最外光線は光線制御子７の中心の方向を向く。この状態で、図１３（ｂ）に示すように、光線発生器２Ａが回転される。なお、図１３（ｂ）には、１／３２回転ごとに時分割で光線制御子７により反射される最外光線が示される。この場合、光線制御子７により反射された最外光線を接線とする円形状の領域が光線発生器２Ａによる第２の領域Ｒ２ａとなる。

図１３（ｂ）においては、第２の領域Ｒ２ａがハッチングパターンで示される。図１３（ａ），（ｂ）に示すように、第２の領域Ｒ２ａは第１の領域Ｒ１と等しい大きさを有する。ここで、一方の光線発生器２Ａから光反射層７１に出射された光線群は、中心軸Ｚから最も遠い外側の光線の反射点での法線Ｎを挟んで反対側の領域（図１３（ａ）にハッチングパターンで示す領域）にのみ反射する。この場合、法線Ｎにより区画された第１の領域Ｒ１の一方の片側半分の領域に立体画像３００が提示される。そのため、観察者１０は、円環状視域５００の各位置において、第１の領域Ｒ１の一方の片側半分の領域に提示された立体画像３００を観察することができる。

図１４は、第２の実施の形態における他方の光線発生器２Ｂの配置および画角と立体画像３００が提示される領域との関係を説明するための平面図である。光線発生器２Ｂから所定の画角で光線が出射される。光線発生器２Ｂの画角は、光線発生器２Ａの画角と等しい。図１４（ａ），（ｂ）においては、光線発生器２Ｂから直接出射された一方最外光線が実線で示され、他方の最外光線が点線で示される。また、光線制御子７により反射された最外光線が太い線で示される。また、図１４（ｂ）においては、光線制御子７により反射された他方の最外光線の図示および光線発生器２Ｂの図示を省略する。

本例においては、図１４（ａ）に示すように、一方の最外光線は第１の領域Ｒ１の接線方向を向き、他方の最外光線は光線制御子７の中心の方向を向く。この状態で、図１４（ｂ）に示すように、光線発生器２Ｂが回転される。なお、図１４（ｂ）には、１／３２回転ごとに時分割で光線制御子７により反射される最外光線が示される。この場合、光線制御子７により反射された最外光線を接線とする円形状の領域が光線発生器２Ｂによる第２の領域Ｒ２ｂとなる。

図１４（ｂ）においては、第２の領域Ｒ２ｂがハッチングパターンで示される。図１４（ａ），（ｂ）に示すように、第２の領域Ｒ２ｂは第１の領域Ｒ１と等しい大きさを有する。ここで、他方の光線発生器２Ｂから光反射層７１に出射された光線群は、中心軸Ｚから最も遠い外側の光線の反射点での法線Ｎを挟んで反対側の領域（図１４（ａ）にハッチングパターンで示す領域）にのみ反射する。この場合、法線Ｎにより区画された第１の領域Ｒ１の他方の片側半分の領域に立体画像３００が提示される。そのため、観察者１０は、円環状視域５００の各位置において、第１の領域Ｒ１の他方の片側半分の領域に提示された立体画像３００を観察することができる。

このように、本実施の形態においては、２個の光線発生器２Ａ，２Ｂが１組として配置される。一方の光線発生器２Ａが配置されることにより、第１の領域Ｒ１の一方の片側半分の領域に立体画像３００が提示される。また、他方の光線発生器２Ｂが光線発生器２Ａと対称に配置されることにより、第１の領域Ｒ１の他方の片側半分の領域に立体画像３００が提示される。これにより、第１の領域Ｒ１の全体に立体画像３００を提示することができる。

具体的には、光線発生器２Ａの画角は、光線発生器２Ａの光線出射口Ｐを通りかつ第１の領域Ｒ１の外周の一点に接する接線と光線発生器２Ａの光線出射口Ｐを通りかつ中心軸Ｚに交差する直線とがなす角度以上にされる。また、光線発生器２Ｂの画角は、光線発生器２Ｂの光線出射口Ｐを通りかつ第１の領域Ｒ１の外周の他の点に接する接線と光線発生器２Ｂの光線出射口Ｐを通りかつ中心軸Ｚに交差する直線とがなす角度以上にされる。この場合、第２の領域Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの各々を第１の領域Ｒ１以上にすることができる。これにより、第１の領域Ｒ１の全体に立体画像３００を提示することができる。

（２）効果
本実施の形態においては、光線発生器２Ａにより出射された光線群が光線制御子７で反射および拡散されることにより、立体画像３００の一部が形成される。また、光線発生器２Ｂにより出射された光線群が光線制御子７で反射および拡散されることにより、立体画像３００の他の一部が形成される。形成された立体画像３００の一部と他の一部とが重ね合わされる。この構成によれば、光線発生器２Ａ，２Ｂの画角が小さくかつ半径ｒ２が小さい場合でも、より大きな立体画像３００を提示することができる。

ここで、第１の実施の形態と同様に、光線制御子７の光透過拡散層７２と光反射層７１とが互いに積層されるので、光透過拡散層７２と光反射層７１との間に光の経路が存在しない。そのため、光線発生器２が出射すべき光線群の算出において、光透過拡散層７２と光反射層７１との位置関係を変動パラメータから除外することができる。それにより、光線群の算出処理が単純化される。また、光透過拡散層７２と光反射層７１との位置関係の調整が不要となる。

また、光線制御子７を中心軸Ｚの周りで回転させる必要がないので、光線制御子７の回転に起因する慣性制御を行なう必要がない。それにより、立体ディスプレイの慣性制御が容易になる。これらの結果、正確な立体画像３００を容易に表示することができる。

［３］他の実施の形態
（１）第１および第２の実施の形態において、光線発生器２が中心軸Ｚに関して光線制御子７の反射位置と反対側に配置されるが、これに限定されない。光線発生器２は、中心軸Ｚに関して光線制御子７の反射位置と同じ側に配置されてもよい。

（２）第１および第２の実施の形態において、光線制御子７は円筒形状を有するが、これに限定されない。光線制御子７は円錐形状を有してもよい。この場合、光線制御子７は、より上方の空間に光線群を出射することができる。

（３）第１の実施の形態において、立体ディスプレイに１個の光線発生器２が設けられるが、これに限定されない。立体ディスプレイに複数の光線発生器２が設けられてもよい。これにより、光線発生器２の回転速度が比較的低い場合でも、フリッカー（発光点のちらつき）が小さくかつ時間解像度が高い立体画像３００を提示することが可能となる。

この場合において、複数の光線発生器２は、回転台６３上で中心軸Ｚを中心とする円周上に等角度間隔で配置されてもよいし、等角度間隔で配置されなくてもよい。ここで、複数の光線発生器２が等角度間隔で配置される場合には、回転台６３の回転をより安定させることができる。また、複数の光線発生器２の制御を容易にすることができる。

第１の実施の形態においては、回転台６３の回転速度は、図２に示すように、光線発生器２の数が１個の場合には１秒間に３０回転以上であることが好ましい。回転台６３の回転速度は、光線発生器２の数が２個の場合には１秒間に１５回転以上であることが好ましく、光線発生器２の数が３個の場合には１秒間に１０回転以上であることが好ましい。

回転台６３の回転速度は、光線発生器２の数が４個の場合には１秒間に７．５回転以上であることが好ましく、光線発生器２の数が６個の場合には１秒間に５回転以上であることが好ましい。すなわち、回転台６３の回転速度は、光線発生器２の数がｎ個（ｎは自然数）の場合には、１秒間に３０／ｎ回転以上であることが好ましい。

また、立体ディスプレイに複数の光線発生器２が設けられる場合において、複数の光線発生器２は、回転対称に配置されなくてもよいし、水平方向における光線の中心が光線制御子７の中心を通るように設けられなくてもよい。例えば、出射する光線群の少なくとも一部が光線制御子７の中心を通るように光線発生器２が配置されてもよい。これらの場合、立体ディスプレイにより提示される立体画像３００の解像度および輝度を増加させることができる。

また、回転台６３上の同一の位置に、それぞれ異なる方向に光線を出射する２個以上の光線発生器２が配置されてもよい。この場合、光線発生器２の画角を実質的に大きくすることができる。ここで、回転台６３上の同一の位置にそれぞれ異なる方向に光線を出射する２個の光線発生器２を配置した構成は、第２の実施の形態において、回転台６３上の同一の位置に光線発生器２Ａ，２Ｂを配置した構成と等価である。

同様に、第２の実施の形態において、立体ディスプレイに１組の光線発生器２Ａ，２Ｂが設けられるが、これに限定されない。立体ディスプレイに複数組の光線発生器２Ａ，２Ｂが設けられてもよい。また、３個以上の光線発生器２が１組として設けられてもよいし、光線発生器２の数が組ごとに異なってもよい。第２の実施の形態においては、回転台６３の回転速度は、光線発生器２Ａ，２Ｂがｍ組（ｍは自然数）設けられる場合には、１秒間に３０／ｍ回転以上であることが好ましい。

（４）第１の実施の形態において、光線発生器２から光線制御子７の光透過拡散層７２に直接光線が出射されるが、これに限定されない。図１５は、他の実施の形態における光線発生器の配置を示す平面図である。図１５に示すように、光線制御子７の光線出射口Ｐと光線制御子７の光透過拡散層７２との間にミラー７３が配置されてもよい。この場合、光線制御子７から出射された光線がミラー７３により反射され、反射された光線が光透過拡散層７２に導かれる。

この構成は、ミラー７３の反射面に関して光線発生器２と面対称となるように点線で示す仮想的な光線発生器２が配置される構成と等価である。この構成によれば、仮想的な半径ｒ２を半径ｒ１よりも容易に大きくすることができる。そのため、比較的画角が小さい光線発生器２を用いた場合でも、第２の領域Ｒ２を第１の領域Ｒ１以上にすることができる。

同様に、第２の実施の形態において、光線発生器２Ａ，２Ｂから光線制御子７の光透過拡散層７２に直接光線が出射されるが、これに限定されない。光線発生器２Ａ，２Ｂからミラーを介して光線制御子７の光透過拡散層７２に直接光線が出射されてもよい。

また、第１および第２の実施の形態において、光路上に２個以上のミラー７３が配置されてもよい。この場合、光線の光路をより長くすることができる。そのため、画角がより小さい走査型プロジェクタ２，２Ａ，２Ｂを用いて大きい立体画像３００を提示することができる。また、光線の走査範囲をより小さくすることができるので、光線発生器２，２Ａ，２Ｂの制御を容易にすることができる。さらに、光線発生器２，２Ａ，２Ｂの配置の自由度を増加させることができる。

（５）第２の実施の形態において、光線発生器２Ａ，２Ｂが中心軸Ｚを含む垂直面に関して面対称となるように配置されるが、これに限定されない。光線発生器２Ａ，２Ｂは、中心軸Ｚを含む垂直面を挟んで配置されてもよい。

（６）第２の実施の形態において、光線発生器２Ａ，２Ｂは、光線出射口Ｐが第１の領域Ｒ１の外周上に位置するように配置されるが、これに限定されない。光線発生器２Ａ，２Ｂは、光線出射口Ｐが第１の領域Ｒ１よりも外方に位置するように配置されてもよい。この場合、第２の領域Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを大きくすることができる。そのため、より小さい画角を有する光線発生器２Ａ，２Ｂを用いて第１の領域Ｒ１の全体に立体画像３００を提示することができる。

一方、光線発生器２Ａ，２Ｂは、光線出射口Ｐが第１の領域Ｒ１よりも内方に位置するように配置されてもよい。この場合、第１の領域Ｒ１内の一部の領域に立体画像３００を提示することができる。

［４］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部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。

上記実施の形態では、立体画像３００が立体画像の例であり、光線出射口Ｐが光線出射部の例であり、光線発生器２が光線発生器の例であり、光線発生器２Ａ，２Ｂがそれぞれ第１および第２の光線発生器の例である。光透過拡散層７２が光透過拡散層の例であり、光反射層７１が光反射層の例であり、中心軸Ｚが回転中心軸の例であり、光線制御子７が光線制御子の例であり、回転モジュール６が回転機構の例であり、制御装置３が制御部の例である。円環状視域５００が視域の例であり、第１の領域Ｒ１が提示領域の例であり、第２の領域Ｒ２が円形状の領域の例であり、第２の領域Ｒ２ａ，Ｒ２ｂがそれぞれ第１および第２の円形状の領域の例である。

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。

２，２Ａ，２Ｂ，２ａ〜２ｄ 光線発生器
３ 制御装置
４ 記憶装置
５ テーブル
６ 回転モジュール
７ 光線制御子
８ カメラ
１０ 観察者
５１ 天板
５１ｈ孔部
５２ 脚
６１ モータ
６２ 回転軸
６３ 回転台
６４ 信号伝送装置
６５ 回転量計測器
７１ 光反射層
７２ 光透過拡散層
７３ ミラー
１００Ｌ 左眼
１００Ｒ 右眼
３００ 立体画像
５００ 円環状視域
ｄ１，ｄ２ 距離
Ｅ，Ｅ’，Ｉ１〜Ｉ４，ＩＧ０〜ＩＧ２，ＩＲ０〜ＩＲ２，Ｐ１〜Ｐ５，ＰＧ，ＰＲ，ＰＳ 位置
Ｈ１，Ｈ２ 高さ
Ｌ１〜Ｌ５，Ｌ３１〜Ｌ３３，Ｌａ〜Ｌｄ，ＬＧ０〜ＬＧ２，ＬＲ０〜ＬＲ２ 光線
ＬＣ，ＬＣａ，ＬＣｂ 中心光線
Ｎ 法線
Ｐ 光線出射口
Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐａ〜Ｐｄ 点
ＰＩＸ 画素
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ 第２の領域
ｒ１，ｒ２ 半径
Ｘ 第１の方向
Ｙ 第２の方向
Ｚ 中心軸

Claims (11)

1. 立体形状データに基づいて立体画像を提示するための立体ディスプレイであって、
   複数の光線からなる光線群を出射する光線出射部を有する光線発生器と、
   互いに積層された光透過拡散層と光反射層とを含み、回転中心軸の周囲を取り囲むように形成された光線制御子と、
   前記光線発生器を前記回転中心軸の周りで回転させる回転機構と、
   前記光線発生器を制御する制御部とを備え、
   前記光線制御子の前記光透過拡散層は、前記回転中心軸と前記光反射層との間に位置し、
   前記光線制御子の前記光透過拡散層の内周面は、前記回転中心軸を中心とする円形の水平断面を有し、
   前記光線発生器は、前記光線制御子の前記光透過拡散層に向けて光線群を出射するように設けられ、
   前記光透過拡散層は、入射する光線群を垂直方向において拡散させて透過させるように形成され、
   前記光反射層は、前記光透過拡散層を透過した光線群を反射するように形成され、
   前記制御部は、前記立体形状データに基づいて、前記光反射層により反射されて前記光透過拡散層を透過した複数の光線群の交点の各々により立体画像の各部分が提示されるように前記光線発生器を制御する、立体ディスプレイ。
2. 前記光線発生器は、出射する光線群の少なくとも一部が前記回転中心軸を通るように配置される、請求項１記載の立体ディスプレイ。
3. 前記光線制御子よりも外方で前記回転中心軸の周囲を取り囲むように予め視域が定義されるとともに、前記視域から立体画像が観察されるために立体画像が提示されるべき提示領域が予め定義され、
   前記提示領域は、前記回転中心軸を中心とする円形領域であり、
   前記光線発生器は、前記光線出射部が前記提示領域の外方に位置するように配置される、請求項２記載の立体ディスプレイ。
4. 前記光線発生器から出射される光線のうち最も外側の２つの光線が前記光線制御子の前記光反射層で反射され、前記回転機構により前記光線発生器が回転することにより、反射された前記最も外側の２つの光線を接線とする円形状の領域が形成され、
   前記円形状の領域と前記提示領域との重複領域に立体画像が提示される、請求項３記載の立体ディスプレイ。
5. 前記光線発生器は、前記提示領域の全体に立体画像を提示可能な画角を有する、請求項３または４記載の立体ディスプレイ。
6. 前記光線発生器の画角は、前記光線出射部を通りかつ前記提示領域の外周の一点に接する第１の接線と前記光線出射部を通りかつ前記提示領域の外周の他の点に接する第２の接線とがなす角度以上である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の立体ディスプレイ。
7. 前記光線発生器は、前記回転中心軸を含む垂直面を挟んで配置される第１および第２の光線発生器を含み、
   前記第１の光線発生器は、画角を二等分する方向に第１の中心光線を出射し、
   前記第２の光線発生器は、画角を二等分する方向に第２の中心光線を出射し、
   前記第１および第２の光線発生器は、前記第１および第２の中心光線が前記回転中心軸から外れた位置で交差するように配置される、請求項１記載の立体ディスプレイ。
8. 前記光線制御子よりも外方で前記回転中心軸の周囲を取り囲むように予め視域が定義されるとともに、前記視域から立体画像が観察されるために立体画像が提示されるべき提示領域が予め定義され、
   前記提示領域は、前記回転中心軸を中心とする円形領域であり、
   前記第１および第２の光線発生器は、前記光線出射部が前記提示領域の外周または外方に位置するように配置される、請求項７記載の立体ディスプレイ。
9. 前記第１の光線発生器から出射される光線のうち前記回転中心軸から最も遠い第１の光線が前記光線制御子の前記光反射層で反射され、前記回転機構により前記第１の光線発生器が回転することにより、反射された前記第１の光線を接線とする第１の円形状の領域が形成され、
   前記第２の光線発生器から出射される光線のうち前記回転中心軸から最も遠い第２の光線が前記光線制御子の前記光反射層で反射され、前記回転機構により前記第２の光線発生器が回転することにより、反射された前記第２の光線を接線とする第２の円形状の領域が形成され、
   前記第１の円形状の領域と前記提示領域との重複領域および前記第２の円形状の領域と前記提示領域との重複領域に立体画像が提示される、請求項８記載の立体ディスプレイ。
10. 前記第１の光線発生器は、前記提示領域の一部に立体画像を提示可能な画角を有し、
    前記第２の光線発生器は、前記提示領域の他の部分に立体画像を提示可能な画角を有する、請求項８または９記載の立体ディスプレイ。
11. 前記第１の光線発生器の画角は、当該第１の光線発生器の前記光線出射部を通りかつ前記提示領域の外周の一点に接する接線と当該第１の光線発生器の前記光線出射部を通りかつ前記回転中心軸に交差する直線とがなす角度以上であり、
    前記第２の光線発生器の画角は、当該第２の光線発生器の前記光線出射部を通りかつ前記提示領域の外周の他の点に接する接線と当該第２の光線発生器の前記光線出射部を通りかつ前記回転中心軸に交差する直線とがなす角度以上である、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の立体ディスプレイ。

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