JPH09197581A - 擬似立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】観察者の視点範囲があまり狭められない程度に
プロジェクタ数を減らし、かつ明るい画像が得られる立
体表示方式を提供することにある。 【解決手段】同一物体の異なる複数方向からの画像を同
時に生成する画像生成手段１１，１２と、画像情報が投
写あるいは投映される表示部１３を備え、鑑賞者の両眼
視差によって画像を立体として感知させる疑似立体画像
表示装置において、表示部が一方向には光の入射方向と
同じ方向に反射する反射機構を備え、上記一方向に直交
する方向には単純に反射することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観測者の両眼視差
を利用して画像を立体的に表示する方式に係り、特に両
眼視差をプリズムで形成する疑似立体画像表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、両眼視差を利用して立体感を
得る方法は種々考えられてきた。様々な方式のうち、指
向性のあるスクリーンを利用した投射形三次元画像方式
は、大きな擬似立体像を得られることが知られている。
投射形三次元画像方式にもスクリーンの種類によって種
々の方式が考えられており、様々な文献がある。例え
ば、「三次元画像工学」大越孝敬著、朝倉書店発行の89
頁から97頁にいくつかの例が紹介されている。

【０００３】図２は、この参考文献からの引用である
が、両眼視差を利用して立体感を得る原理を説明する図
である。写真１と写真２の位置に、物体を異なる２方向
から撮影した写真をおき、それぞれを左眼と右眼で見
る。これによって、同一物体を異なる方向から眺めた別
々の映像を、左右両眼が同時に見ることになり、立体感
覚が得られる。この原理によって、大画面の擬似立体像
を観察者が任意の方向から見られるようにしたのが投射
形三次元画像方式である。

【０００４】図３にその一方式を示す。縦ｍ列、横ｎ
行、全体でｍ×ｎの画像を投写する場合を考える。ま
ず、ｍ×ｎ台のカメラを配列し、同一物体のリバーサル
写真を撮る。そのリバーサル写真を、カメラと同じ間隔
で配列したｍ×ｎ台のプロジェクタで指向性スクリーン
に投写する。指向性スクリーンとして、図３（ｂ）に示
すような、ハエの眼レンズの裏の焦点面に拡散反射面を
設けたものを用いている。図３（ｃ）に示すようにこの
指向性スクリーンは反射光を入射光の入射方向へ帰す性
質を持つので、１つのプロジェクタから出た画像を左眼
用にした場合、この像は観察者の左眼にしか入射せず、
上記プロジェクタのとなりのプロジェクタから出た像を
右眼用として、観察者の右眼にのみ入射するようにする
ことが可能となる。その結果、観察者は両眼視差により
立体感を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来技術で
は、観察者の視点移動範囲（視域とも呼ぶ）が広くなれ
ばそれにあわせて必要なｍ×ｎ台のプロジェクタが多く
なるという問題がある。例えば、要求される視点移動範
囲が横50cm、縦20cm、カメラ間隔が５cmのとき、必要な
プロジェクタ数は10×４＝40となる。また、レンズ板の
裏面を拡散面としなければならないので、裏面を完全反
射面にした場合に比べて反射効率が落ち、得られる画像
が暗くなる。

【０００６】したがって、本発明の課題は、観察者の視
点範囲があまり狭められない程度にプロジェクタ数を減
らし、かつ明るい画像が得られる立体表示方式を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】人間の眼は横に二つ並ん
でいるので横方向に左右各眼用の画像が得られればよ
く、このことから横方向には指向性反射を行い、縦方向
には曲率を持たせることによって集光反射鏡の性質を有
する指向性スクリーンを用いることにより、以上の課題
は解決できる。さらに、上記曲率の曲率中心を横方向位
置によって縦方向に少しずつずらすことにより、観察者
の上下方向の視域を拡大できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面を
用いて説明する。

【０００９】〔実施例１〕本発明の第一の実施例を示
す。図１は本発明による擬似立体表示方式の一実施例を
示す説明図である。

【００１０】観察者が３次元の物体を見て立体感を得ら
れる理由は、同一物体を、左眼と右眼という異なる方向
から眺めた別々の映像を、左右両眼が同時に見ることに
よって立体感を得ているからである。これは、今日の視
覚心理学で両眼視差と呼ばれているものである。擬似立
体方式とは、物体を、あたかも左眼と右眼で眺めている
がのごとく異なる２方向から撮影した写真を撮り、これ
らをそれぞれ左眼で見たときに見えるであろう像（以
下、左眼像と称す）と右眼で見たときに見えるであろう
像（以下、右眼像と称す）とし、左眼像を左眼で、右眼
像を右眼で見ることによって２次元の像（写真）を擬似
的に立体として感得する方式である。

【００１１】図１において、11は左眼像を投写するプロ
ジェクタ、12は右眼像を投写するプロジェクタである。
各プロジェクタ11、12は上下、左右、前後、回転、あお
りなどの微動調整のきくステージ14に搭載されている。
ただし、この構成は一例であり、立体画像を生じさせる
ための画像を指向性スクリーン13上に投写できるもので
あればよく、例えば動画を出したい場合は、透過型液晶
パネルを使ったもの、あるいは一般の映画投映機のよう
なものでよい。また、ステージ14も、左眼像が観察者15
の左眼に、右眼像が観察者15の右眼にきちんと入るよう
調整する機構であれば、これに限る必要はない。指向性
スクリーン13の表面は光を反射するように反射膜、例え
ば、Al 膜が蒸着されている。

【００１２】図４（ａ）に指向性スクリーン13のｘ方向
断面を示す。隣り合った２面が互いに直角に交わってい
るため、スクリーン13に入射した光は、ｘｚ面内におい
ては入射方向と同一方向に反射される。この原理はコー
ナーキューブにも応用されている。したがって、各プロ
ジェクタ11、12から投写された各像（光）は、スクリー
ン13で反射された後、ｘｚ面内においてはそれぞれのプ
ロジェクタの方向に戻される。

【００１３】図４（ｂ）に指向性スクリーン13のｙ方向
断面を示す。指向性スクリーン13のｙ方向断面は、曲率
をもった反射鏡（ここでは球面反射鏡とした）の断面と
なっており、任意の位置におけるｙ方向断面での曲率中
心および曲率半径は一定とする。したがって、各プロジ
ェクタ11、12から投写された各像（光）に対して、スク
リーン13は、ｙｚ面内においては球面反射鏡の役割を果
たす。球面反射鏡は光軸41に対して非平行に入射する光
に対しては、光軸に対称に反射するので、指向性スクリ
ーン13のｙ方向断面反射鏡の光軸をやや上向きになるよ
うに13を設置する。この結果、図１に示すように、各プ
ロジェクタ11、12から投写された各像（光）は、スクリ
ーン13で反射された後、ｙｚ面内においてはそれぞれの
入射光より上の経路を通って観察者へ向かう。

【００１４】ゆえに、図５に示すように、左眼像は観察
者15の左眼のみに、右眼像は観察者15の右眼のみに入っ
てくるので、観察者15は指向性スクリーン13に映った２
次元像を奥行きのある３次元像として感じることができ
る。図５では、観察者15はプロジェクタ11、12の上方で
投写像を眺めたが、指向性スクリーン13のｙ方向断面反
射鏡の光軸の向きを変えることによって観察者15の位置
を変えることができる。

【００１５】また、図６のように光路中に半透鏡61を置
くことによって、投写像を観察する最適位置を、プロジ
ェクタ11、12と指向性スクリーン13の線上からはずすこ
とができ、観察者15にとって眺めやすくすることもでき
る。

【００１６】以上の説明においては、11、12という２台
のプロジェクタを用いたが、２台に限る必要はない。横
にｍ台（ｍは３以上の整数）のカメラを並べて同一物体
をリバーサルフィルムで撮影してスライドにし、そのｍ
枚のスライドを、撮影したときと同じ順序となるよう
に、図７のようにｍ台のプロジェクタ71で投写する。ｍ
台のプロジェクタ71の中の任意の隣り合った２台のプロ
ジェクタを考え、その一対のうち左側にあるプロジェク
タからの画像を左眼像、右側にあるプロジェクタからの
画像を右眼像とすることによって観察者15は指向性スク
リーン13に映った２次元像を奥行きのある３次元像とし
て感じることができる。したがって、観察者15が横
（ｘ）方向に移動しても、次々に新しい一対のプロジェ
クタからの像を各眼に入れることができるので、観察者
15の横方向の視点移動範囲を広げることができる。光路
中に半透鏡を入れて観察最適位置をプロジェクタと指向
性スクリーン13の線上から取り出すことももちろん可能
である。

【００１７】〔実施例２〕図８は、本発明による擬似立
体表示方式の他の実施例の概略図である。図１と同一の
構成部分については、図１と同一の参照符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。

【００１８】図８において、指向性スクリーン81の表面
は光を反射するように反射膜、例えば、Al 膜が蒸着さ
れている。指向性スクリーン81の構造を以下に説明す
る。

【００１９】図９に示すように、実施例１で用いた指向
性スクリーン13を隣り合った２面が互いに直角に交わる
交線に平行な方向（以下、ａ方向と称する）に細かく分
割した複数の短冊型指向性スクリーン91（ａ方向の幅を
ｗとする）を用意し（図９（ｂ））、１つの91（91-1と
称する）を基準として、ａ方向に垂直かつ91に含まれる
ｂ軸のまわりに角θ回転させた別の91（91-2と称する）
を（図９（ｃ））、ｂ軸を基準として91のａ方向の辺同
士を接触させる（図９（ｄ））。次に91-2を基準として
ｂ軸のまわりに角θ回転させたさらに別の91（91-3と称
する）を、ｂ軸を基準として91-2のａ方向の辺同士を接
触させる（図９（ｅ））。これをｎ回（ｎは２以上の整
数）繰り返し、次に角度だけーθに変更してｎ回繰り返
した構造をＡ構造92と称することにする（図９
（ｆ））。指向性スクリーン81は、このＡ構造92を複数
個用意してａ方向の辺同士を接触させたような構造にな
っている。本実施例では、ｂ軸をａ方向の辺の中点に設
定した。指向性スクリーン81のａ方向、ｂ方向をそれぞ
れ図８のｙ方向、ｘ方向に平行に設置する。指向性スク
リーン81のｂ方向断面は、隣り合った２面が互いに直角
に交わっているため、スクリーン81に入射した光は、ｘ
ｚ面内においては入射方向と同一方向に反射される。し
たがって、各プロジェクタ11、12から投写された各像
（光）は、スクリーン81で反射された後、ｘｚ面内にお
いてはそれぞれのプロジェクタの方向に戻される。指向
性スクリーン81のａ方向断面は、曲率をもった反射鏡
（ここでは球面反射鏡とした）の断面となっており、任
意の位置におけるａ方向断面での曲率半径は一定とす
る。反射鏡の曲率中心の位置は、指向性スクリーン81の
構造で説明したように、ｂ方向の位置によってａ方向に
変動する。したがって、各プロジェクタ11、12から投写
された各像（光）に対して、スクリーン81は、ｘｚ面内
においては球面反射鏡の役割を果たす。球面反射鏡は光
軸に対して非平行に入射する光に対しては、光軸に対称
に反射するので、反射鏡の曲率中心の位置がｂ方向の位
置によってａ方向に変動する指向性スクリーン81は、入
射する光の位置（ｂ方向）によって反射方向が上下（ａ
方向）に変動することになる。この結果、図８に示すよ
うに、各プロジェクタ11、12から投写された各像（光）
は、スクリーン81で反射された後、ｙｚ面内においては
それぞれの入射光の位置により反射方向が上下する。ゆ
えに、短冊型指向性スクリーン91の幅ｗをスクリーン81
のｂ方向幅に対して非常に小さくすれば、観察者15の方
向に全ての光が反射されて来なくても画像を認識でき、
かつ観察者が上下に顔を動かしても常に画像を認識でき
る。幅ｗは、スクリーン81の大きさや、スクリーン81と
観察者との距離、要求される画像の精細さなどによって
決まってくる。

【００２０】図10に示すように、左眼像は観察者15の左
眼のみに、右眼像は観察者15の右眼のみに入ってくるの
で、観察者は指向性スクリーン81に映った２次元像を奥
行きのある３次元像として感じることができる。

【００２１】また、図11のように光路中に半透鏡61を置
くことによって、投写像を観察する最適位置を、プロジ
ェクタ11、12と指向性スクリーン81の線上からはずすこ
とができ、観察者にとって眺めやすくすることもでき
る。

【００２２】以上の説明においては、11、12という２台
のプロジェクタを用いたが、２台に限る必要はない。横
にｍ台（ｍは３以上の整数）のカメラを並べて同一物体
をリバーサルフィルムで撮影してスライドにし、そのｍ
枚のスライドを、撮影したときと同じ順序となるよう
に、図12のようにｍ台のプロジェクタ71で投写する。も
ちろんスライドである必要はなく、例えば、液晶プロジ
ェクタなどで同様の画像を投映してもよい。ｍ台のプロ
ジェクタ71の中の任意の隣り合った２台のプロジェクタ
を考え、その一対のうち左側にあるプロジェクタからの
画像を左眼像、右側にあるプロジェクタからの画像を右
眼像とすることによって観察者15は指向性スクリーン81
に映った２次元像を奥行きのある３次元像として感じる
ことができる。したがって、観察者が横（ｘ）方向に移
動しても、次々に新しい一対のプロジェクタからの像を
各眼に入れることができるので、観察者の横方向の視点
移動範囲を広げることができる。光路中に半透鏡を入れ
て観察最適位置をプロジェクタと指向性スクリーン81の
線上から取り出すことももちろん可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、両眼視差を利用した擬
似立体表示方式において、横方向には指向性反射を、縦
方向には集光反射鏡の性質を有する指向性スクリーンと
することによって、大きく、かつ明るい立体画像を観察
者に表示できる効果がある。さらに、縦方向にプロジェ
クタを複数必要とせずに観察者の上下方向の視点移動範
囲を広げることができる擬似立体表示方式が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による擬似立体表示方式の一実施例を示
す斜視図である。

【図２】両眼視差を利用して立体感を得る原理を説明す
る上面図である。

【図３】投写型三次元画像方式の一従来例を示す説明図
である。

【図４】本発明による擬似立体表示方式を構成するスク
リーンを説明する側面図である。

【図５】本発明による擬似立体表示方式の原理を説明す
る上面図である。

【図６】本発明による擬似立体表示方式の応用例を示す
上面図である。

【図７】本発明による擬似立体表示方式の応用例を示す
上面図である。

【図８】本発明による擬似立体表示方式の第２の実施例
を示す斜視図である。

【図９】本発明による擬似立体表示方式を構成するスク
リーンを説明する原理図である。

【図１０】本発明による擬似立体表示方式の原理を説明
する上面図である。

【図１１】本発明による擬似立体表示方式の応用例を示
す上面図である。

【図１２】本発明による擬似立体表示方式の応用例を示
す上面図である。

【符号の説明】

11、12はプロジェクタ 13は指向性スクリーン 14は微動調整ステージ 15は観察者 41は光軸 61は半透鏡 71はプロジェクタ 81は別の指向性スクリーン 91は短冊型指向性スクリーン 92は構造Ａ。

フロントページの続き (72)発明者 辻 和隆 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 金子 好之 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鴻上 明彦 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 立野 公男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一物体の異なる複数方向からの画像を同
   時に生成する画像生成手段と、上記画像情報が投写ある
   いは投映される表示部を備え、鑑賞者の両眼視差によっ
   て上記画像を立体として感知させる疑似立体画像表示装
   置において、上記表示部が一方向には光の入射方向と同
   じ方向に反射する反射機構を備え、上記一方向に直交す
   る方向には単純に反射することを特徴とする擬似立体画
   像表示装置。
2. 【請求項２】前記反射機構が頂角90度のプリズムであ
   り、前記表示部は頂角90度を含む平面に垂直な平面内で
   曲率をもつことを特徴とする請求項１記載の疑似立体画
   像表示装置。
3. 【請求項３】前記表示部の曲率中心が、上記表示部の位
   置によって変化していることを特徴とする請求項２記載
   の疑似立体画像表示装置。