JP7334954B2 - 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。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、基準軸を中心とする円に沿って並ぶように設けられた複数の光線発生器を備える。また、基準軸を取り囲むように設けられた反射部材を備える。反射部材は、基準軸を中心とする内周面を反射面として有する。その立体ディスプレイにおいては、複数の光線発生器の各々から、複数の光線からなる光線群が出射される。出射された光線群は、反射部材の反射面で反射される。反射部材により反射された光線群により、予め定められた観察領域から視認可能な立体画像が予め定められた画像提示空間に提示される。

特開２０１９－０２０６６３号公報

特許文献１に記載された立体ディスプレイに関して、立体画像のさらなる高精細化を実現するために、光線発生器の数を増やすことが考えられる。しかしながら、光線発生器の数を増やすと、立体ディスプレイが大型化する。また、光線発生器の数を増やす代わりに、複数の光線発生器を基準軸の周りで回転させ、時分割で各光線発生器からの光線群の出射を制御することが考えられる。しかしながら、この場合、立体ディスプレイの構成が複雑化する。

本発明の目的は、構成の大型化および複雑化を抑制しつつ高精細な立体画像を提示することが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、上下方向に延びる基準軸を中心として基準軸を取り囲む反射面を有する反射部材と、複数の光線からなる光線群を各々出射可能に構成されるとともに基準軸を取り囲むように配置される複数の光線発生器と、複数の光線発生器を制御する制御部とを備え、基準軸を中心とする円環状の環状視域が定義され、反射部材は、基準軸に垂直な任意の断面において反射面が基準軸を中心とする実質的な円形を有するように構成され、複数の光線発生器の各々は、光線群の各光線が反射面で複数回反射されるように設けられ、制御部は、複数の光線発生器から出射されて反射面で複数回反射された複数の光線により環状視域から視認可能な立体画像が提示されるように複数の光線発生器を制御し、反射部材および複数の光線発生器は、各光線発生器から出射されて反射面により複数回反射された後の光線群が環状視域の全域に到達するように設けられ、反射部材の反射面は、各光線発生器から出射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第１の部分と、第１の部分で反射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第２の部分とを含み、基準軸の方向において、第１の部分の位置と第２の部分の位置とは互いに異なり、基準軸と第２の部分との間の距離は、基準軸と第１の部分との間の距離とは異なる。

その立体ディスプレイにおいては、複数の光線発生器のうち一の光線発生器から出射される光線群は、反射面で複数回反射された後、環状視域に到達する。この場合、基準軸の方向に見た平面視で、環状視域のうち光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面で反射されることなく環状視域に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。また、平面視で、環状視域のうち光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面で一回反射された後、環状視域に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。

それにより、環状視域内の複数の位置の各々で観察者により視認される立体画像を、複数の光線発生器のうちより多数の光線発生器を用いて形成することが可能になる。したがって、光線発生器の数を増加させることおよび複数の光線発生器を移動させる構成を設けることなく、環状視域内の各位置に到達する光線の密度を高くすることができる。なお、ここでいう光線の密度とは、基準線の方向に見た平面視で、環状視域に到達する単位角度当たりの光線の数を意味する。その結果、構成の大型化および複雑化を抑制しつつ高精細な立体画像を提示することが可能になる。

反射部材および複数の光線発生器は、各光線発生器から出射されて反射面により複数回反射された後の光線群が環状視域の全域に到達するように設けられている。

この場合、環状視域内の各位置に到達する光線の密度をより高くすることができる。それにより、環状視域内の各位置で視認可能なより高精細な立体画像を提示することが可能になる。

反射部材の反射面は、各光線発生器から出射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第１の部分と、第１の部分で反射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第２の部分とを含み、基準軸の方向において、第１の部分の位置と第２の部分の位置とは互いに異なり、基準軸と第２の部分との間の距離は、基準軸と第１の部分との間の距離とは異なっている。

上記の構成によれば、基準軸と第２の部分との間の距離は、基準軸と第１の部分との間の距離に比べて大きいかまたは小さい。基準軸と第２の部分との間の距離が基準軸と第１の部分との間の距離に比べて大きい場合には、反射部材における第１および第２の部分のサイズを光線群が反射する順に大きく設定することができる。それにより、反射部材の第２の部分の内側で立体画像を提示するための領域を大きく設定することができる。したがって、より大きい立体画像を観察者に提示するために、複数の光線発生器から出射される各光線の進行経路を適切に定めることができる。一方、基準軸と第２の部分との間の距離が基準軸と第１の部分との間の距離に比べて小さい場合には、立体画像が提示されるべき領域の周辺部材の構成を小型化することができる。

（２）複数の光線発生器は、基準軸の方向に見た平面視で反射部材の反射面よりも外方に位置してもよい。

この場合、平面視で複数の光線発生器を反射部材の反射面の外方に配置することができる。そのため、複数の光線発生器を基準軸を中心とする円上に配置する場合には、平面視で複数の光線発生器を反射部材の反射面の内方に配置する場合に比べて、複数の光線発生器が配置される円の半径をより大きくすることができる。この場合、複数の光線発生器が配置される円の周長が長くなる。それにより、円上により多数の光線発生器を配置することができる。あるいは、円上に配置されるべき光線発生器の個数が予め定められている場合には、隣り合って配置される各２つの光線発生器が干渉しない程度に、各光線発生器のサイズの大型化が許容される。このように、上記の構成によれば、複数の光線発生器の設置条件が制限されにくい。したがって、複数の光線発生器の配置の自由度および複数の光線発生器の種類の選定の自由度が向上する。

（３）複数の光線発生器の各々から出射される光線群は、基準軸の方向に平行な面内で並ぶ光線列および基準軸の方向に垂直な方向に平行な面内で並ぶ光線行を含み、光線列を形成する光線数よりも光線行を形成する光線数が大きくてもよい。

この場合、光線列を形成する光線数が光線行を形成する光線数以下である場合に比べて、光線群の基準軸を中心とする周方向の密度を大きくすることができる。それにより、立体画像の精細度をより高めることができる。なお、ここでいう光線群は、環状視域から視認可能な立体画像を構成する光線群である。

（４）立体ディスプレイは、複数の光線発生器の各々から出射されて反射面で複数回反射された光線群の各光線を透過させつつ制御する光線制御子をさらに含み、光線制御子は、反射部材の反射面と環状視域との間に位置してもよい。

この場合、反射部材から環状視域に向かって進行する各光線が光線制御子により制御される。それにより、光線制御子の制御に応じたより適切な立体画像の提示が可能になる。例えば、光線制御子が、複数の光線発生器の各々から出射されて反射面で複数回反射された光線群の各光線を基準軸を含む面内で拡散させる制御を行う場合を仮定する。この場合、反射部材から環状視域に向かって進行する各光線が基準軸の方向に広がる。それにより、基準軸の方向における環状視域の幅を光線制御子が用いられない場合に比べて大きく設定することができる。

本発明によれば、構成の大型化および複雑化を抑制しつつ高精細な立体画像を提示することが可能となる。

本発明の一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。 複数の光線発生器の各々から出射される光線群の進行経路を説明するための模式的平面図である。 複数の光線発生器の各々から出射される光線群の進行経路を説明するための模式的断面図である。 立体ディスプレイによる立体画像の提示方法を説明するための図である。 立体ディスプレイによる立体画像の提示方法を説明するための図である。 立体ディスプレイにおいて一の光線発生器から出射される光線群が到達可能な視域内の範囲を説明するための平面図である。 立体ディスプレイの複数の構成要素についての好ましい条件設定例を説明するための立体ディスプレイの模式的平面図である。 立体ディスプレイの複数の構成要素についての他の条件設定例を説明するための立体ディスプレイの模式的平面図である。 図８の例に対応する立体ディスプレイを用いた立体画像の具体的な提示例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイに特有の位置関係について説明するための平面図である。 他の実施の形態に係る反射部材の一例を示す模式的断面図である。 他の実施の形態に係る反射部材の他の例を示す模式的断面図である。 他の実施の形態に係る反射部材のさらに他の例を示す模式的断面図である。

以下、本発明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は本発明の一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り、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１は、複数の光線発生器２、制御装置３、記憶装置４、２つの反射部材７，８および光線制御子９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、サーキットボードまたは組み込みシステム等からなる。記憶装置４は、例えばハードディスク、メモリカードまたはＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）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ならびに後述する図８および図９では、立体ディスプレイ１により複数の観察者１０に提示される立体画像３００が仮想的に示される。

立体ディスプレイ１の一部は、テーブル５に取り付けられる。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。以下の説明では、天板５１の中心を通って上下方向に延びる軸を基準軸ｒａと呼ぶ。孔部５１ｈの中心は基準軸ｒａ上に存在する。

光線制御子９は、底部が開口した円錐形状を有し、底部開口が上方を向くように孔部５１ｈに嵌め込まれている。光線制御子９が天板５１に取り付けられた状態で、光線制御子９の中心軸は基準軸ｒａに一致している。

光線制御子９は、外周面に入射した光線が基準軸ｒａを含む任意の仮想面内で大きく拡散するとともに基準軸ｒａを中心とする円周方向Ｒで小さく拡散しつつ透過するように構成されている。より具体的には、光線制御子９は、基準軸ｒａを含む任意の仮想面内で外周面に光線が入射する場合に、当該仮想面において光線制御子９を透過する光線が視域５００を含む上下方向の領域に広がるように構成されている。また、光線制御子９は、外周面に光線が入射する場合に、平面視で光線制御子９の外周面に入射した光線が直線状に透過していると見なせるように構成されている。なお、円周方向Ｒは、基準軸ｒａを含む仮想面に直交する方向である。テーブル５の周囲にいる観察者１０は、テーブル５の斜め上方から光線制御子９の内周面を観察することができる。光線を主として一方向に拡散させる構成は、例えば透明なシート状樹脂で形成された円錐形状のベース部材を用意し、そのベース部材の内周面または外周面に複数の環状レンズを設けることにより実現することができる。光線を主として一方向に拡散させる構成は、上記のシート状樹脂に予め定められた拡散用のパターンを有するホログラムシートまたは回折格子を設けることにより実現することも可能である。

反射部材８は、円筒形状を有し、天板５１の下方の位置で基準軸ｒａを取り囲むように設けられている。本例では、反射部材８は、その上端部が天板５１の下面に取り付けられている。この状態で、光線制御子９は、反射部材８の内部空間に位置する。反射部材８は、基準軸ｒａを中心とする内周面を反射面８ａとして有する。基準軸ｒａに垂直な面内（水平面内）で、反射面８ａは基準軸ｒａを中心とする円形状を有する。

反射部材７は、反射部材８と同様に、円筒形状を有し、反射部材８の下方の位置で、基準軸ｒａを取り囲むように設けられている。本例では、反射部材７は、その上端部が反射部材８の下端部に取り付けられている。反射部材７は、基準軸ｒａを中心とする内周面を反射面７ａとして有する。基準軸ｒａに垂直な面内（水平面内）で、反射面７ａは基準軸ｒａを中心とする円形状を有する。反射面８ａの内径は、反射面７ａの内径に比べて大きい。すなわち、基準軸ｒａと反射面８ａの任意の部分との間の距離は、基準軸ｒａと反射面７ａの任意の部分との間の距離に比べて大きい。

複数の光線発生器２は、テーブル５の天板５１の下方において、基準軸ｒａの周囲を取り囲むように固定的に設けられる。本例において、複数の光線発生器２は、基準軸ｒａを中心とする円６００上に配置される。円６００は、反射部材７，８よりも下方でかつ基準軸ｒａに垂直な仮想面上に定義される。図１および図２では、円６００が一点鎖線で示される。

円６００は、図２に示すように、立体ディスプレイ１を基準軸ｒａの方向に見た平面視で基準軸ｒａに関して反射面７ａ，８ａよりも外方に位置する。複数の光線発生器２は、円６００に沿って円環状に並べられる。図２の例においては、複数の光線発生器２の数は１８個である。複数の光線発生器２は、テーブル５、反射部材７，８および光線制御子９に対して固定的に設けられる。複数の光線発生器２は、光線発生器アレイとして一体的に設けられてもよい。

各光線発生器２は、図１に示すように、複数の光線からなる光線群を出射する光線出射部Ｐを有する。各光線発生器２の光線出射部Ｐは、反射部材７の反射面７ａに向けられる。光線出射部Ｐから出射される光線群は、反射面７ａにより反射部材８の反射面８ａに向けて反射され、さらに反射面８ａにより光線制御子９の外周面に向けて反射される。また、光線出射部Ｐから出射される光線群の少なくとも一部は、基準軸ｒａを通る。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としては、例えば走査型プロジェクタが用いられる。走査型プロジェクタは、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。各光線発生器２から出射される光線群の進行経路の詳細は後述する。

各光線の色は、提示されるべき立体画像３００に応じて設定される。光線発生器２として走査型プロジェクタを用いる場合には、光線の出射方向ごとに光線の色が設定される。これにより、擬似的に光線群を形成することができる。

光線発生器２は、空間光変調器および１または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。１または複数のレンズは、投射レンズを含む。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。

立体ディスプレイ１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の眼が位置すべき領域が視域５００として予め定義される。視域５００は、複数の光線発生器２、反射部材７，８および光線制御子９に対して特定の位置関係を有する。本例の視域５００は、テーブル５の天板５１よりも上方の位置で基準軸ｒａを取り囲むように円環状に定義される。また、本例の視域５００は、基準軸ｒａの方向に見た平面視で基準軸ｒａに関して反射部材７，８の反射面７ａ，８ａおよび円６００よりも外方に位置する。図１および図２においては、視域５００が一点鎖線で示されるが、視域５００は上下方向および水平方向において一定の幅を有してもよい。

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９の上方の空間に視域５００の任意の位置から視認可能な立体画像３００が提示される。ここで、立体ディスプレイ１において視域５００の全域に立体画像３００を提示可能な球形の空間を画像提示空間ＲＳと呼ぶ。画像提示空間ＲＳは、例えば、光線制御子９の形状および寸法と、視域５００の形状および寸法と、光線制御子９および視域５００間の位置関係とに基づいて一義的に定められる。

［２］複数の光線発生器２の各々から出射される光線群の進行経路
図３は複数の光線発生器２の各々から出射される光線群の進行経路を説明するための模式的平面図であり、図４は複数の光線発生器２の各々から出射される光線群の進行経路を説明するための模式的断面図である。図３および図４には、円６００上に配置される１つの光線発生器２がそれぞれ示される。なお、図３および図４では、光線群の進行経路の理解を容易にするために、立体ディスプレイ１のうち説明に要する一部の構成要素が図示されている。また、図３では、光線制御子９が点線で図示されている。

各光線発生器２から出射される光線群は、複数列および複数行に並ぶ複数の光線Ｌを含む。列は上下方向の並びであり、行は水平方向の並びである。すなわち、各列の複数の光線は上下方向に平行な面上に並び、各行の複数の光線は水平方向に平行な面上に並ぶ。以下、各列の複数の光線Ｌの並びを光線列と呼び、各行の複数の光線Ｌの並びを光線行と呼ぶ。

図３に示すように、水平方向において、円６００上の光線発生器２から出射される光線群は、円形状の水平断面を有する反射面７ａで反射される。反射面７ａで反射された複数の光線Ｌは、さらに円形状の水平断面を有する反射面８ａで反射される。反射面８ａで反射された複数の光線Ｌは、光線制御子９の外周面に入射し、光線制御子９を透過して視域５００内の複数の位置に向かう。それにより、共通の光線行に含まれる複数の光線Ｌは、平面視で互いに異なる方向に進行し、視域５００の広い範囲に渡って入射する。

また、図４に示すように、上下方向において、円６００上の光線発生器２から出射される光線群は、上下方向に直線状に延びる反射面７ａで反射される。また、反射面７ａで反射された複数の光線Ｌは、上下方向に直線状に延びる反射面８ａで反射される。さらに、反射面８ａで反射された複数の光線Ｌは、光線制御子９の外周面に入射し、光線制御子９を透過して視域５００に向かう。このとき、光線制御子９の稜線方向Ｔにおける複数の部分の各々は、反射部材８から入射する光線Ｌが上下方向において拡散されるようにその光線Ｌを透過させる。この場合、共通の光線列に含まれる複数の光線Ｌの各々が拡散した光の一部は、視域５００内のほぼ共通の位置に到達する。なお、図４では、視域５００を透過する光線Ｌが拡散している状態が点線で示され、ほぼ共通の位置に到達する拡散光の一部が一点鎖線で示される。

よって、観察者１０は、視域５００内の任意の位置において、円６００上に配置された１つの光線発生器２から出射される光線群のうち、共通の光線列に含まれる複数の光線Ｌを視認することができる。

なお、図３に示すように、各光線発生器２から出射される光線行は、反射面７ａ，８ａで反射されることによって進行方向が分散する。そのため、水平方向においては、視域５００に到達する複数の光線Ｌの間隔が大きくなりやすい。そこで、各光線発生器２から出射される光線群について、光線行を形成する光線Ｌの数は、光線列を形成する光線Ｌの数よりも大きいことが好ましい。この場合、光線列を形成する光線Ｌの数が光線行を形成する光線Ｌの数以下である場合に比べて、水平方向において立体画像３００を形成するために視域５００に入射する光線Ｌの密度を大きくすることができる。それにより、立体画像３００の精細度を高めることができる。

さらに、光線行における光線Ｌの密度は、光線列における光線Ｌの密度よりも高いことが好ましい。ここでいう光線Ｌの密度とは、各光線発生器２から投射される画角における単位角度当たりの光線数を意味する。また、光線列の密度は、上下方向に拡がる複数の光線Ｌのうち単位角度当たりの光線数であり、光線行の密度は、水平方向に広がる複数の光線Ｌのうち単位角度当たりの光線数である。すなわち、光線列における単位角度当たりの光線数より光線行における単位角度当たりの光線数が多いことが好ましい。この場合、視域５００に到達する複数の光線Ｌの間隔を縮めることができるので、立体画像３００の精細度を高めることができる。

［３］立体画像の提示方法
図５および図６は、立体ディスプレイ１による立体画像３００の提示方法を説明するための図である。図５および図６では、上段に立体ディスプレイ１の模式的平面図が示される。以下の説明では、図２に示される１８個の光線発生器２をそれぞれ区別する場合に、複数の光線発生器２をそれぞれ光線発生器２ａ～２ｒと呼ぶ。

図５に示すように、画像提示空間ＲＳの位置ＰＲに赤色のボクセルを提示する場合には、例えば光線発生器２ｊは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＲを通るように出射される光線Ｌｊ０に赤色を付与する。また、光線発生器２ｉは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＲを通るように出射される光線Ｌｉ０に赤色を付与する。さらに、光線発生器２ｈは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＲを通るように出射される光線Ｌｈ０に赤色を付与する。

それにより、赤色の光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の交点にあたかも赤色の点光源があるかのように赤色のボクセルが提示される。具体的には、観察者１０の眼が、視域５００内の位置ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０にある場合に、観察者１０は位置ＰＲに赤色のボクセルを見ることができる。位置ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０は、視域５００内の互いに異なる位置である。

なお、図５では、光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の進行経路が理解しやすいように、光線発生器２ｊ，２ｉ，２ｈから反射面７ａで反射されるまでの光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の部分が点線で示される。また、反射面７ａで反射されて反射面８ａで反射されるまでの光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の部分が一点鎖線で示される。さらに、反射面８ａで反射されて視域５００に到達するまでの光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の部分が太い実線で示される。

同様にして、図６に示すように、画像提示空間ＲＳの位置ＰＧに緑色のボクセルを提示する場合には、例えば光線発生器２ｊは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＧを通るように出射される光線Ｌｊ１に緑色を付与する。また、光線発生器２ｉは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＧを通るように出射される光線Ｌｉ１に緑色を付与する。さらに、光線発生器２ｈは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＧを通るように出射される光線Ｌｈ１に緑色を付与する。

それにより、緑色の光線Ｌｊ１，Ｌｉ１，Ｌｈ１の交点にあたかも緑色の点光源があるかのように緑色のボクセルが提示される。具体的には、観察者１０の眼が、視域５００内の位置ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１にある場合に、観察者１０は位置ＰＧに緑色のボクセルを見ることができる。位置ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１は、視域５００内の互いに異なる位置である。

図６においても、図５の例と同様に、光線発生器２ｊ，２ｉ，２ｈから反射面７ａで反射されるまでの光線Ｌｊ１，Ｌｉ１，Ｌｈ１の部分が点線で示される。また、反射面７ａで反射されて反射面８ａで反射されるまでの光線Ｌｊ１，Ｌｉ１，Ｌｈ１の部分が一点鎖線で示される。さらに、反射面８ａで反射されて視域５００に到達するまでの光線Ｌｊ１，Ｌｉ１，Ｌｈ１の部分が太い実線で示される。

上記のようにして、複数の光線発生器２ａ～２ｒの各々から立体画像３００の各位置を通る方向に提示すべき色の光線Ｌが出射される。複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射されて２つの反射面７ａ，８ａで２回反射された複数の光線Ｌにより、画像提示空間ＲＳが十分に密に交点群で満たされる場合を想定する。この場合、視域５００内のいずれの位置から画像提示空間ＲＳを観察しても位置ＰＲ，ＰＧを通過する適切な光線Ｌが観察者１０の眼に入射する。それにより、観察者１０は、そこに点光源があることを認識する。

実物体の表面において反射または拡散された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、物体の表面が存在すべき複数の位置の色を複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射される複数の光線Ｌによって適切に再現することにより、視域５００内の任意の位置で観察可能な立体画像３００を提示することができる。

図５の下段には、視域５００内の位置ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０からそれぞれ視認される立体画像３００が示されている。立体形状データにより表されるべき形状の種類によっては、図５に示すように、視域５００内の互いに異なる位置ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０から視認される立体画像３００の見た目は互いに異なる。赤色の光線Ｌｊ０，Ｌｉ０，Ｌｈ０の交点に提示される赤色のボクセルは、複数の位置ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０から画像提示空間ＲＳ内の共通の位置ＰＲに存在するように視認される。

図６においては、図５の例と同様に、視域５００内の位置ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１からそれぞれ視認される立体画像３００がさらに示される。立体形状データにより表されるべき形状の種類によっては、図６に示すように、視域５００内の互いに異なる位置ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１から視認される立体画像３００の見た目は互いに異なる。緑色の光線Ｌｊ１，Ｌｉ１，Ｌｈ１の交点に提示される緑色のボクセルは、複数の位置ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１から画像提示空間ＲＳ内の共通の位置ＰＧに存在するように視認される。

ところで、視域５００内において、観察者１０の右眼の位置と左眼の位置とは互いに異なる。観察者１０が１つの点光源を見る場合、その点光源をなす複数の光線Ｌのうち、異なる方向の光線Ｌが右眼および左眼にそれぞれ入射する。そのため、観察者１０は、右眼と左眼とで異なる視線方向に各点光源を見ることができる。すなわち右眼の視線方向と左眼の視線方向との間には輻輳角がある。また、右眼で見る複数の点光源の位置関係と、左眼で見る複数の点光源の位置関係とは異なる。すなわち視差が発生する。これらにより、観察者１０は、光線群により形成される画像を立体視することができる。

上下方向においては、共通の光線列に含まれる複数の光線Ｌが視域５００のほぼ共通の位置に入射する。例えば、図５の位置ｅｊ０には、光線発生器２ｊから出射される光線群のうち、光線Ｌｊ０と共通の光線列に含まれる複数の光線Ｌが到達する。これにより、上下方向において物体の表面を表す複数の色を再現することができる。

以上の説明においては、ボクセルは、全方向に向かって同じ強度で発光する画像提示空間ＲＳ内の点光源であると仮定している。そのため、一のボクセルを視域５００の複数の位置に提示するために用いられる複数の光線Ｌには、方向によらず共通の色が付与されている。しかしながら、一のボクセルを視域５００の複数の位置にそれぞれ提示するための複数の光線にそれぞれ付与される色は、コンピュータグラフィクスで用いられる各種レンダリング技法に基づいて修正されてもよい。例えば、光線Ｌが立体画像データにより設定された複数のボクセルにそれぞれ対応する複数の位置を通過する場合に、その光線が通過する複数のボクセルの位置のうち最も視域５００に近い位置のボクセルの色をその光線に付与すべき色として選択する処理が行われてもよい（隠面処理）。あるいは、ボクセルを提示するための複数の光線Ｌには、例えば鏡面反射を考慮して、白色成分が加算された色が付与されてもよい。

［４］一の光線発生器から出射される光線群が到達可能な視域５００内の範囲
図７は、立体ディスプレイ１において一の光線発生器から出射される光線群が到達可能な視域５００内の範囲を説明するための平面図である。以下の説明においては、一の光線発生器２ｊから出射される光線群に着目する。本例の光線発生器２ｊから出射される光線群は、平面視において、その光線発生器２ｊに固有の水平方向の画角（例えば３０°）で光線出射部Ｐから広がるように出射されるものとする。

この場合、立体ディスプレイ１に２つの反射部材７，８（図１）が設けられないと仮定すると、光線発生器２ｊから出射される光線群は、図７の上段に示すように、光線発生器２ｊから直接視域５００に到達する。このとき、視域５００内の光線発生器２ｊの光線群が到達可能な範囲を直接到達範囲ｃｒ０と呼ぶ。なお、図７の上段に示される平面図では、立体ディスプレイ１に反射部材７，８が設けられないと仮定した場合に、一の光線発生器２ｊから出射される光線群の進行可能な領域が薄いハッチングで示される。

次に、立体ディスプレイ１に反射部材８（図１）が設けられないと仮定すると、光線発生器２ｊから出射される光線群は、図７の中段に示すように、反射部材７（図１）の反射面７ａにより反射された後視域５００に到達する。このとき、視域５００内の光線発生器２ｊの光線群が到達可能な範囲を第１の反射到達範囲ｃｒ１と呼ぶ。反射面７ａにおいて光線群が反射される際には、反射面７ａが水平面内で周方向に一定の曲率を有することにより、反射面７ａで反射された光線群が光線発生器２ｊの画角を超えて広がる。それにより、視域５００において第１の反射到達範囲ｃｒ１が占める割合は、視域５００において直接到達範囲ｃｒ０が占める割合に比べて大きくなる。本例では、視域５００のうち約半分の領域が第１の反射到達範囲ｃｒ１となっている。なお、図７の中段に示される平面図では、立体ディスプレイ１に反射部材７が設けられないと仮定した場合に、一の光線発生器２ｊから出射される光線群の進行可能な領域が濃いハッチングで示される。

次に、図１の立体ディスプレイ１において、光線発生器２ｊから出射される光線群は、図７の下段に示すように、反射部材７，８（図１）の反射面７ａ，８ａにより２回反射された後視域５００に到達する。このとき、視域５００内の光線発生器２ｊの光線群が到達可能な範囲を第２の反射到達範囲ｃｒ２と呼ぶ。反射面８ａにおいて光線群が反射される際には、反射面８ａが水平面内で周方向に一定の曲率を有することにより、反射面８ａから反射された光線群が反射面７ａで反射された光線群の広がりを超えて広がる。それにより、視域５００において第２の反射到達範囲ｃｒ２が占める割合は、視域５００において第１の反射到達範囲ｃｒ１が占める割合に比べて大きくなる。本例では、視域５００の全域が第２の反射到達範囲ｃｒ２となっている。より具体的には、光線発生器２ｊから出射される光線群は、平面視で基準軸ｒａを中心とする視域５００の周方向において３６０°を超える範囲（本例では、４３０°程度の範囲）に到達している。なお、図７の下段に示される平面図では、図１の立体ディスプレイ１において一の光線発生器２ｊから出射される光線群の進行可能な領域がドットパターンで示される。

上記のように、本実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、一の光線発生器２ｊから出射される光線群は、反射面７ａ，８ａにより２回反射されて視域５００に到達する。それにより、一の光線発生器２ｊから出射される光線群を直接視域５００に到達させる場合に比べて、その光線発生器２ｊから視域５００に光線群を到達させることが可能な範囲を大きくすることができる。また、一の光線発生器２ｊから出射される光線群を反射面７ａにより１回のみ反射させて視域５００に到達させる場合に比べて、その光線発生器２ｊから視域５００に光線群を到達させることが可能な範囲を大きくすることができる。

それにより、複数の光線発生器２ａ～２ｒの各々から出射される光線Ｌを、視域５００におけるより広い範囲に到達させることができる。したがって、視域５００内の複数の位置の各々で観察者１０に提示される立体画像３００を、複数の光線発生器２ａ～２ｒのうちより多数の光線発生器を用いて形成することが可能になる。

［５］立体ディスプレイ１の複数の構成要素についての条件設定例
図８は、立体ディスプレイ１の複数の構成要素についての好ましい条件設定例を説明するための立体ディスプレイ１の模式的平面図である。図８に示すように、本例では、平面視で複数の光線発生器２ａ～２ｒのうち一の光線発生器２ｊの光線出射部Ｐと基準軸ｒａとを通る直線を第１の仮想直線ｖｌ１と定義する。さらに、平面視で第１の仮想直線ｖｌ１に交差する視域５００内の位置を、視域５００内の位置の代表として代表位置ｒｐと呼ぶ。

立体ディスプレイ１の複数の構成要素の条件は、代表位置ｒｐから視認可能に提示される立体画像３００が全ての光線発生器２ａ～２ｒから出射される複数の光線で形成されるように設定されることが好ましい。図８では、代表位置ｒｐから視認される立体画像３００の形成に寄与する複数の光線発生器として、全ての光線発生器２ａ～２ｒがハッチングで示される。

設定されるべき条件は、具体的には、反射面７ａ，８ａの形状および大きさ、各光線発生器２ａ～２ｒの画角、ならびに複数の光線発生器２ａ～２ｒ、反射面７ａ，８ａおよび視域５００の位置関係を含む。

上記のように、代表位置ｒｐに対応する立体画像３００が全ての光線発生器２ａ～２ｒから出射される複数の光線で形成されることは、各光線発生器から出射されて反射面７ａ，８ａにより２回反射された後の光線群が視域５００の全域に到達することを意味する。これにより、視域５００内の任意の位置に到達する光線Ｌの密度をより高くすることができる。したがって、視域５００内の任意の位置で視認可能なより高精細な立体画像３００を提示することが可能になる。

図９は、立体ディスプレイ１の複数の構成要素についての他の条件設定例を説明するための立体ディスプレイ１の模式的平面図である。図９に示すように、本例においても、図８の例と同様に、平面視で光線発生器２ｊの光線出射部Ｐと基準軸ｒａとを通る直線を第１の仮想直線ｖｌ１と定義し、平面視で第１の仮想直線ｖｌ１に交差する視域５００内の位置を代表位置ｒｐと呼ぶ。さらに、本例では、平面視で第１の仮想直線ｖｌ１に垂直でありかつ基準軸ｒａを通る直線を第２の仮想直線ｖｌ２と定義するとともに、平面視で第２の仮想直線ｖｌ２により分割される２つの空間を第１の空間ｓｐ１および第２の空間ｓｐ２と呼ぶ。第１の空間ｓｐ１は光線発生器２ｊが配置されない空間であり、第２の空間ｓｐ２は光線発生器２ｊが配置される空間である。

立体ディスプレイ１の複数の構成要素の条件は、代表位置ｒｐに対応する立体画像３００が第１の空間ｓｐ１に配置される全ての光線発生器２ａ～２ｅ，２ｏ～２ｒおよび第２の空間ｓｐ２に配置される一部の光線発生器から出射される複数の光線Ｌで形成されるように設定されてもよい。図９では、代表位置ｒｐから視認される立体画像３００の形成に寄与する複数の光線発生器として、複数の光線発生器２ａ～２ｒのうち一部の光線発生器２ａ～２ｆ，２ｎ～２ｒがハッチングで示される。この場合においても、反射部材７，８を用いることなく立体画像３００を形成する場合、および反射部材７，８のうち１つを用いて立体画像３００を形成する場合に比べて、視域５００内の任意の位置に到達する光線Ｌの密度を高くすることができる。したがって、視域５００内の任意の位置で視認可能な高精細な立体画像３００を提示することが可能になる。

［６］立体画像３００の具体的な提示例
図１０は、図８の例に対応する立体ディスプレイ１を用いた立体画像３００の具体的な提示例を説明するための図である。ここでは、図８の例に対応する立体ディスプレイ１において、代表位置ｒｐ（図８）から視認可能な立体画像３００がどのようにして提示されるかを説明する。

図８の画像提示空間ＲＳに視域５００内の複数の位置からそれぞれ視認される立体画像３００を提示する際には、その立体画像３００を形成するための光線群が複数の光線発生器２ａ～２ｒの各々から出射される。各光線発生器２ａ～２ｒから出射される光線群により形成される画像を出射画像と呼ぶ。この場合、出射画像のうち、視域５００内の任意の位置で視認可能な立体画像３００を構成するために用いられる光線Ｌを含む部分は、円６００における当該光線発生器の位置に応じて定められる。

ここで、代表位置ｒｐには、複数の光線発生器２ａ～２ｒの各々から出射される光線群の一部の光線列が入射する。それにより、複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射されて代表位置ｒｐに入射する複数の光線列が、代表位置ｒｐに対応する立体画像３００を形成するために用いられる。図１０の上段に、複数の光線発生器２ａ～２ｒの出射画像ｉ２ａ～ｉ２ｒの外形が点線で示される。図１０の各出射画像ｉ２ａ～ｉ２ｒにおいては、出射画像ｉ２ａ～ｉ２ｒのうち代表位置ｒｐに到達する光線列の画像部分が実線の枠内に示される。

複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射されて代表位置ｒｐに到達する複数の光線列の画像部分が画像提示空間ＲＳで水平方向に連続して並ぶように提示される。それにより、図１０の下段に示すように、代表位置ｒｐに対応する立体画像３００が形成される。なお、図１０の各出射画像ｉ２ａ～ｉ２ｒのうち実線の枠以外の部分は、光線列ごとに視域５００における他の位置に到達する。したがって、視域５００における代表位置ｒｐ以外の各位置においても、複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射されて当該位置に到達する複数の光線列の画像部分が画像提示空間ＲＳで水平方向に連続して並ぶように提示される。それにより、当該位置に対応する立体画像３００が形成される。

［７］効果
（１）上記の立体ディスプレイ１においては、複数の光線発生器２のうち一の光線発生器２から出射される光線群は、２つの反射面７ａ，８ａで２回反射された後、光線制御子９を通過して円環状の視域５００に到達する。この場合、視域５００内の光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面７ａ，８ａで反射されることなく視域５００に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。また、視域５００のうち光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面７ａ，８ａのいずれか１つにより一回反射された後、視域５００に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。

それにより、視域５００内の複数の位置の各々で観察者１０により視認される立体画像３００を、より多数の光線発生器２を用いて形成することが可能になる。したがって、光線発生器２の数を増加させることおよび複数の光線発生器２を移動させる構成を設けることなく、視域５００内の各位置に到達する光線Ｌの密度を高くすることができる。その結果、構成の大型化および複雑化を抑制しつつ高精細な立体画像３００を提示することが可能になる。

（２）上記の立体ディスプレイ１においては、反射面８ａの内径が反射面７ａの内径よりも大きい。この場合、複数の光線発生器２の各々から出射される光線群が反射される順に反射面７ａ，８ａを大きく設定することができる。それにより、反射面８ａの内径が反射面７ａの内径よりも小さい場合に比べて、画像提示空間ＲＳをより大きく設定することができる。したがって、より大きい立体画像３００を観察者１０に提示するために、立体ディスプレイ１における各種光線の進行経路を適切に定めることができる。

（３）複数の光線発生器２は、基準軸ｒａの方向に見た平面視で反射面８ａよりも外方に位置する。この場合、平面視で複数の光線発生器２を反射部材８の内方に配置する場合に比べて、設置スペースが制限されにくい。したがって、複数の光線発生器２の配置の自由度が向上する。

（４）上記の立体ディスプレイ１においては、光線制御子９は、反射面８ａと視域５００との間に設けられ、外周面に入射する光線群の各光線Ｌを基準軸ｒａを含む面内で拡散させつつ透過させる。この場合、反射面８ａから視域５００に向かって進行する各光線Ｌが基準軸ｒａの方向に広がる。それにより、基準軸ｒａの方向における視域５００の幅を光線制御子９が用いられない場合に比べて大きく設定することができる。

［８］立体ディスプレイ１に特有の位置関係
図１１は、本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイ１に特有の位置関係について説明するための平面図である。図１１に示すように、立体ディスプレイ１の平面視で、一の光線発生器２ｊにより画像提示空間ＲＳの位置ＰＢに青色のボクセルを提示することを仮定する。この場合、光線発生器２ｊは、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射されて位置ＰＢを通るように青色の光線ＬＢを出射する。このとき、光線ＬＢは、光線発生器２ｊから反射面７ａに入射する直線部分ＬＢ１と、反射面７ａから反射面８ａに入射する直線部分ＬＢ２と、反射面８ａから視域５００に入射する直線部分ＬＢ３とで構成される。

ここで、上記の立体ディスプレイ１においては、反射面７ａ，８ａは、基準軸ｒａに垂直な面内で基準軸ｒａを中心とする円形状を有する。また、複数の光線発生器２ａ～２ｒは、基準軸ｒａを中心とする円６００上に配置されている。さらに、光線制御子９は、円錐形状を有し、光線制御子９の中心軸は基準軸ｒａに一致している。

この構成によれば、上記の光線ＬＢの３つの直線部分ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３の内接球ＩＢの中心は、基準軸ｒａ上に位置することになる。この位置関係が満たされる場合には、複数の光線発生器２ａ～２ｒから視域５００の全域にそれぞれ到達する複数の光線行の密度分布が等しくなる。したがって、立体ディスプレイ１において定義される視域５００の全域に均質な立体画像３００を提示することが可能になる。なお、立体画像３００の一部として提示されるべきボクセルの位置は画像提示空間ＲＳ内に設定される必要がある。

［９］他の実施の形態
（１）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、２つの反射面７ａ，８ａにより２回反射された複数の光線により画像提示空間ＲＳ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。２つの反射面７ａ，８ａのうち少なくとも一方の反射面により３回以上反射された複数の光線により画像提示空間ＲＳに立体画像３００が提示されてもよい。なお、３回以上反射された複数の光線により立体画像３００を提示する立体ディスプレイは、個別に作製された３個以上の反射部材を備えてもよい。例えば、３回反射された複数の光線により立体画像３００を提示する立体ディスプレイは、上記の反射部材７，８に代えて、個別に作製された別体の３個の反射部材を第１、第２および第３の反射部材として備えてもよい。この場合、第１の反射部材は、基準軸ｒａを取り囲む円筒形状を有し、その内周面で各光線発生器２から出射される光線群を直接受けて反射するように設けられる。また、第２の反射部材は、基準軸ｒａを取り囲む円筒形状を有し、その内周面で第１の反射部材により反射された光線群を直接受けて反射するように設けられる。さらに、第３の反射部材は、基準軸ｒａを取り囲む円筒形状を有し、その内周面で第２の反射部材により反射された光線群を直接受けて反射するように設けられる。

一の光線発生器から出射されて３回以上反射された光線群が到達可能な視域５００内の範囲は、反射面７ａ，８ａにより２回反射された光線群が到達可能な視域５００内の範囲に比べて大きい。それにより、視域５００内の複数の位置の各々で観察者１０により視認される立体画像３００を、さらに多数の光線発生器を用いてより多くの光線で形成することが可能になる。その結果、立体画像３００のさらなる高精細化が可能になる。

（２）複数の光線発生器２ａ～２ｒから出射される複数の光線の各々を２回反射するための構成として、上記実施の形態に係る反射部材７，８に代えて以下の反射部材を用いてもよい。

図１２は他の実施の形態に係る反射部材の一例を示す模式的断面図であり、図１３は他の実施の形態に係る反射部材の他の例を示す模式的断面図であり、図１４は他の実施の形態に係る反射部材のさらに他の例を示す模式的断面図である。

図１２の例では、反射部材８の反射面８ａが側面視で基準軸ｒａの方向に対して傾斜している。このように、反射部材７，８のうち少なくとも一方の反射面７ａ，８ａを基準軸ｒａの方向に対して傾斜させることにより、各光線発生器２から視域５００に向けて反射される光線群の進行方向を調整することができる。それにより、反射部材８の上下方向のサイズを変更することなく視域５００の高さを調整することができる。

図１３の例では、光線発生器２から出射される光線群を２回反射させる反射部材７１が単一の円筒部材で構成される。この反射部材７１は、基準軸ｒａを中心とする内周面を反射面７１ａとして有する。反射部材７１の内径は一定である。図１３の反射部材７１によれば、各光線発生器２から発生される光線群を反射するための構成が単純化する。

図１４の例では、図１３の例と同様に、光線発生器２から出射される光線群を２回反射させる反射部材７２が単一の円筒部材で構成される。この反射部材７２は、径大部７２ａ、中間部７２ｂおよび径小部７２ｃがこの順で天板５１の下面から下方に向かって並んだ構成を有し、基準軸ｒａを取り囲むように設けられている。また、反射部材７２は、基準軸ｒａを中心とする内周面を反射面７２ｓとして有する。

径大部７２ａおよび径小部７２ｃは、それぞれ略一定の内径を有する。径大部７２ａの内径は、径小部７２ｃの内径よりも大きい。中間部７２ｂは、径大部７２ａと径小部７２ｃとを繋ぐように形成されている。そのため、中間部７２ｂの内径は径小部７２ｃから径大部７２ａへ遷移するように変化している。具体的には、中間部７２ｂの内径は、下方から上方に向かうにつれて漸次拡大されている。図１４の反射部材７２によれば、各光線発生器２から発生される光線群を反射するための部品点数が低減され、構成が単純化する。また、基準軸ｒａの方向において内径が変化する部分を適切に設定することにより、各光線発生器２から視域５００に向けて反射される光線群の進行方向を、光線制御子９によらず調整することができる。

なお、径大部７２ａおよび径小部７２ｃのうち少なくとも一方の反射面７２ｓは、基準軸ｒａを含む仮想面内で、下方から上方に向かって凹状に湾曲するように形成されてもよい。すなわち、径大部７２ａおよび径小部７２ｃのうち少なくとも一方の反射面７２ｓの鉛直断面は、凹状を有してもよい。この場合、各光線発生器２から出射される光線群の一部を、径大部７２ａおよび径小部７２ｃのうち少なくとも一方の反射面７２ｓで反射させることにより、上下方向において、各光線発生器２から出射される光線列を視域５００の各位置に集光することも可能になる。

（３）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１には光線制御子９が設けられるが、光線制御子９は設けられなくてもよい。この場合、画像提示空間ＲＳは、例えば、反射部材８の反射面８ａ形状および寸法と、天板５１の孔部５１ｈの寸法と、視域５００の形状および寸法と、反射部材８および視域５００間の位置関係とに基づいて一義的に定めることができる。

（４）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、円錐形状を有する光線制御子９がテーブル５に取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。光線制御子９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。また、光線制御子９は反射面７ａ，８ａのいずれかに接するように設けられてもよい。

（５）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、視域５００がテーブル５の天板５１よりも上方の位置に定義され、反射部材７，８および複数の光線発生器２が天板５１の下方に設けられるが、本発明はこれに限定されない。立体ディスプレイ１は、テーブル５の天板５１を基準として上下方向に反転された構成を有してもよい。この場合、観察者１０は、視域５００内の任意の位置で下方から斜め上方に向かって光線制御子９を見ることにより立体画像３００を視認することができる。

（６）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、光線制御子９の内周面の上方に画像提示空間ＲＳが設定されるが、本発明はこれに限定されない。光線制御子９の内周面の下方に画像提示空間ＲＳが設定されてもよい。この場合、光線制御子９は、底部開口が下方を向くように孔部５１ｈに嵌め込まれる。より具体的には、光線制御子９は、その頂点とその外周面の大部分とが天板５１よりも上方に位置するように、その底部が孔部５１ｈに嵌め込まれる。この状態で、光線制御子９の下方に立体画像３００が提示される。光線制御子９は、透光性を有する材料で形成される。それにより、観察者１０は、視域５００から光線制御子９を見ることにより光線制御子９を通して立体画像３００を視認することができる。

（７）上記実施の形態に係る反射部材７，８の反射面７ａ，８ａの各々は、基準軸ｒａに垂直な面内で基準軸ｒａを中心とする円形状を有するが、本発明はこれに限定されない。反射面７ａ，８ａの各々は、基準軸ｒａに垂直な面内で基準軸ｒａを中心とする実質的な円形状を有すればよい。すなわち、各反射面７ａ，８ａは、実質的に円形状と見なすことが可能な程度の多角形状の水平断面を有してもよい。また、各反射面７ａ，８ａの水平断面は、実質的に円形状と見なすことが可能な程度のゆがみを含む円形状（楕円形状）を有してもよい。あるいは、各反射面７ａ，８ａの水平断面は、実質的に円形状と見なすことが可能な程度の継ぎ目または途切れ（欠け）を有してもよい。

（８）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、複数の光線発生器２は平面視で基準軸ｒａを中心とする円６００上に配置されるが、本発明はこれに限定されない。複数の光線発生器２は、平面視で基準軸ｒａを取り囲むように設けられていればよい。そのため、複数の光線発生器２の一部は、円６００上に配置されなくてもよい。

（９）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１は、複数の光線発生器２として１８個の光線発生器２を備えるが、立体ディスプレイ１が備える光線発生器２の数は複数であればよく、１０個であってもよいし、３０個であってもよい。あるいは、光線発生器２の数は、２００個～３００個程度であってもよい。なお、複数の光線発生器２は、平面視で基準軸ｒａを基準として等角度間隔または略等角度間隔に設けられることが好ましい。

（１０）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１においては、光線発生器２として電気的に制御可能なプロジェクタ等が用いられるが、本発明はこれに限定されない。立体ディスプレイ１においては、点光源またはレーザポインタとスライドフィルムとを組み合わせた構成（いわゆる映写機に相当する構成）を光線発生器２としてもよい。この場合、立体画像３００を提示するための画像を表すスライドフィルムを予め作製することにより、記憶装置４が不要となる。

（１１）上記の立体ディスプレイ１においては、反射面８ａの内径が反射面７ａの内径よりも大きいが、反射部材７，８は、反射面８ａの内径が反射面７ａの内径よりも小さくなるように構成されてもよい。この場合、画像提示空間ＲＳの周辺部材の構成を小型化することができる。また、大きな構成を立体ディスプレイ１におけるより下方の位置に配置することができるので、立体ディスプレイ１の設置状態が安定する。

（１２）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１に設けられる光線制御子９は、外周面に入射した光線がその稜線方向Ｔにおいて大きく拡散しかつ円周方向Ｒで小さく拡散しつつ透過するように構成されるが、本発明はこれに限定されない。光線制御子９は、透過する光線Ｌを一方向に拡散させる構成に代えて、または透過する光線Ｌを一方向に拡散させる機能に加えて、以下の機能を有してもよい。

光線制御子９は、透過する光線Ｌの進行方向を変更または制限する機能を有してもよい。この場合、透過する光線Ｌの進行方向を変更または制限することにより、光線制御子９を透過する光線列を所望の高さの視域５００に集光することができる。

透過する光線Ｌの進行方向を変更または制限する光線制御子９は、例えばプリズム、パララックスバリア構造を有する部材、回折格子またはホログラム等を用いることにより実現可能である。プリズムを用いる場合、透過する光線Ｌの進行方向を変更する構成は、例えば透明なシート状樹脂で形成された円錐形状のベース部材を用意し、そのベース部材の内周面または外周面に複数の環状プリズムを設けることにより実現することができる。

なお、光線制御子９において透過する光線Ｌの進行方向を変更または制限するための構成として、可変のパララックスバリア構造を有する部材を用いる場合には、パララックスバリア構造を制御することにより複数の光線Ｌの集光位置を適宜変更することも可能になる。

また、光線制御子９は、透過する光線Ｌの特性を変更する機能を有してもよい。この場合、透過する光線Ｌの特性を変更することにより、提示される立体画像３００の光量、色合いを調整することができる。

透過する光線Ｌの特性を変更する光線制御子９は、例えばＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタまたはカラーフィルタ等を用いることにより実現可能である。

（１３）上記実施の形態に係る立体ディスプレイ１に設けられる光線制御子９の数は１つであるが、本発明はこれに限定されない。立体ディスプレイ１に設けられる光線制御子９の数は、２以上であってもよい。２以上の光線制御子９を用いることにより、立体画像３００の画質の調整が容易になる。なお、天板５１の孔部５１ｈを塞ぐように、円形の拡散板が設けられてもよい。この場合、立体画像３００の輝度むらが低減され、立体画像３００の画質がさらに向上する。

［１０］実施の形態の各部と請求項の各構成要素との対応関係
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。

上記の実施の形態においては、立体ディスプレイ１が立体ディスプレイの例であり、基準軸ｒａが基準軸の例であり、反射面７ａ，８ａが反射面の例であり、反射部材７，８が反射部材の例であり、光線発生器２，２ａ～２ｒが光線発生器の例であり、制御装置３が制御部の例であり、視域５００が環状視域の例であり、反射面７ａが反射面の第１の部分の例であり、反射面８ａが反射面の第２の部分の例であり、光線制御子９が光線制御子の例である。

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。
［１１］参考形態
（１）参考形態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、上下方向に延びる基準軸を中心として基準軸を取り囲む反射面を有する反射部材と、複数の光線からなる光線群を各々出射可能に構成されるとともに基準軸を取り囲むように配置される複数の光線発生器と、複数の光線発生器を制御する制御部とを備え、基準軸を中心とする円環状の環状視域が定義され、反射部材は、基準軸に垂直な任意の断面において反射面が基準軸を中心とする実質的な円形を有するように構成され、複数の光線発生器の各々は、光線群の各光線が反射面で複数回反射されるように設けられ、制御部は、複数の光線発生器から出射されて反射面で複数回反射された複数の光線により環状視域から視認可能な立体画像が提示されるように複数の光線発生器を制御する。
その立体ディスプレイにおいては、複数の光線発生器のうち一の光線発生器から出射される光線群は、反射面で複数回反射された後、環状視域に到達する。この場合、基準軸の方向に見た平面視で、環状視域のうち光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面で反射されることなく環状視域に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。また、平面視で、環状視域のうち光線群が到達可能な範囲は、一の光線発生器から出射される光線群が反射面で一回反射された後、環状視域に直接的に到達する場合に比べて大きくなる。
それにより、環状視域内の複数の位置の各々で観察者により視認される立体画像を、複数の光線発生器のうちより多数の光線発生器を用いて形成することが可能になる。したがって、光線発生器の数を増加させることおよび複数の光線発生器を移動させる構成を設けることなく、環状視域内の各位置に到達する光線の密度を高くすることができる。なお、ここでいう光線の密度とは、基準線の方向に見た平面視で、環状視域に到達する単位角度当たりの光線の数を意味する。その結果、構成の大型化および複雑化を抑制しつつ高精細な立体画像を提示することが可能になる。
（２）反射部材および複数の光線発生器は、各光線発生器から出射されて反射面により複数回反射された後の光線群が環状視域の全域に到達するように設けられてもよい。
この場合、環状視域内の各位置に到達する光線の密度をより高くすることができる。それにより、環状視域内の各位置で視認可能なより高精細な立体画像を提示することが可能になる。
（３）反射部材の反射面は、各光線発生器から出射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第１の部分と、第１の部分で反射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第２の部分とを含み、基準軸の方向において、第１の部分の位置と第２の部分の位置とは互いに異なり、基準軸と第２の部分との間の距離は、基準軸と第１の部分との間の距離とは異なっていてもよい。
上記の構成によれば、基準軸と第２の部分との間の距離は、基準軸と第１の部分との間の距離に比べて大きいかまたは小さい。基準軸と第２の部分との間の距離が基準軸と第１の部分との間の距離に比べて大きい場合には、反射部材における第１および第２の部分のサイズを光線群が反射する順に大きく設定することができる。それにより、反射部材の第２の部分の内側で立体画像を提示するための領域を大きく設定することができる。したがって、より大きい立体画像を観察者に提示するために、複数の光線発生器から出射される各光線の進行経路を適切に定めることができる。一方、基準軸と第２の部分との間の距離が基準軸と第１の部分との間の距離に比べて小さい場合には、立体画像が提示されるべき領域の周辺部材の構成を小型化することができる。
（４）複数の光線発生器は、基準軸の方向に見た平面視で反射部材の反射面よりも外方に位置してもよい。
この場合、平面視で複数の光線発生器を反射部材の反射面の外方に配置することができる。そのため、複数の光線発生器を基準軸を中心とする円上に配置する場合には、平面視で複数の光線発生器を反射部材の反射面の内方に配置する場合に比べて、複数の光線発生器が配置される円の半径をより大きくすることができる。この場合、複数の光線発生器が配置される円の周長が長くなる。それにより、円上により多数の光線発生器を配置することができる。あるいは、円上に配置されるべき光線発生器の個数が予め定められている場合には、隣り合って配置される各２つの光線発生器が干渉しない程度に、各光線発生器のサイズの大型化が許容される。このように、上記の構成によれば、複数の光線発生器の設置条件が制限されにくい。したがって、複数の光線発生器の配置の自由度および複数の光線発生器の種類の選定の自由度が向上する。
（５）複数の光線発生器の各々から出射される光線群は、基準軸の方向に平行な面内で並ぶ光線列および基準軸の方向に垂直な方向に平行な面内で並ぶ光線行を含み、光線列を形成する光線数よりも光線行を形成する光線数が大きくてもよい。
この場合、光線列を形成する光線数が光線行を形成する光線数以下である場合に比べて、光線群の基準軸を中心とする周方向の密度を大きくすることができる。それにより、立体画像の精細度をより高めることができる。なお、ここでいう光線群は、環状視域から視認可能な立体画像を構成する光線群である。
（６）立体ディスプレイは、複数の光線発生器の各々から出射されて反射面で複数回反射された光線群の各光線を透過させつつ制御する光線制御子をさらに含み、光線制御子は、反射部材の反射面と環状視域との間に位置してもよい。
この場合、反射部材から環状視域に向かって進行する各光線が光線制御子により制御される。それにより、光線制御子の制御に応じたより適切な立体画像の提示が可能になる。例えば、光線制御子が、複数の光線発生器の各々から出射されて反射面で複数回反射された光線群の各光線を基準軸を含む面内で拡散させる制御を行う場合を仮定する。この場合、反射部材から環状視域に向かって進行する各光線が基準軸の方向に広がる。それにより、基準軸の方向における環状視域の幅を光線制御子が用いられない場合に比べて大きく設定することができる。

１…立体ディスプレイ，２，２ａ～２ｒ…光線発生器，３…制御装置，４…記憶装置，５…テーブル，７，８，７１，７２…反射部材，９…光線制御子，１０…観察者，５１…天板，５１ｈ…孔部，５２…脚，７１ａ，７２ｓ，７ａ，８ａ…反射面，７２ａ…径大部，７２ｂ…中間部，７２ｃ…径小部，３００…立体画像，５００…視域，６００…円，ｃｒ０…直接到達範囲，ｃｒ１…第１の反射到達範囲，ｃｒ２…第２の反射到達範囲，ｅｊ０，ｅｉ０，ｅｈ０，ｅｊ１，ｅｉ１，ｅｈ１，ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ…位置，ｉ２ａ～ｉ２ｒ…出射画像，ＩＢ…内接球，ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３…直線部分，Ｌ，Ｌｈ０，Ｌｈ１，Ｌｉ０，Ｌｉ１，Ｌｊ０，Ｌｊ１…光線，Ｐ…光線出射部，ｒａ…基準軸，ｒｐ…代表位置，ＲＳ…画像提示空間，ｓｐ１…第１の空間，ｓｐ２…第２の空間，ｖｌ１…第１の仮想直線，ｖｌ２…第２の仮想直線

Claims (4)

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、
   上下方向に延びる基準軸を中心として前記基準軸を取り囲む反射面を有する反射部材と、
   複数の光線からなる光線群を各々出射可能に構成されるとともに前記基準軸を取り囲むように配置される複数の光線発生器と、
   前記複数の光線発生器を制御する制御部とを備え、
   前記基準軸を中心とする円環状の環状視域が定義され、
   前記反射部材は、前記基準軸に垂直な任意の断面において前記反射面が前記基準軸を中心とする実質的な円形を有するように構成され、
   前記複数の光線発生器の各々は、光線群の各光線が前記反射面で複数回反射されるように設けられ、
   前記制御部は、前記複数の光線発生器から出射されて前記反射面で複数回反射された複数の光線により前記環状視域から視認可能な立体画像が提示されるように前記複数の光線発生器を制御し、
   前記反射部材および前記複数の光線発生器は、各光線発生器から出射されて前記反射面により複数回反射された後の光線群が前記環状視域の全域に到達するように設けられ、
   前記反射部材の反射面は、
   各光線発生器から出射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第１の部分と、
   前記第１の部分で反射された光線群を直接的に受けるとともに反射する第２の部分とを含み、
   前記基準軸の方向において、前記第１の部分の位置と前記第２の部分の位置とは互いに異なり、
   前記基準軸と前記第２の部分との間の距離は、前記基準軸と前記第１の部分との間の距離とは異なる、立体ディスプレイ。
2. 前記複数の光線発生器は、前記基準軸の方向に見た平面視で前記反射部材の反射面よりも外方に位置する、請求項１に記載の立体ディスプレイ。
3. 前記複数の光線発生器の各々から出射される光線群は、前記基準軸の方向に平行な面内で並ぶ光線列および前記基準軸の方向に垂直な方向に平行な面内で並ぶ光線行を含み、
   前記光線列を形成する光線数よりも前記光線行を形成する光線数が大きい、請求項１または２に記載の立体ディスプレイ。
4. 前記複数の光線発生器の各々から出射されて前記反射面で複数回反射された光線群の各光線を透過させつつ制御する光線制御子をさらに含み、
   前記光線制御子は、前記反射部材の前記反射面と前記環状視域との間に位置する、請求項１～３のいずれか一項に記載の立体ディスプレイ。

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