JPH09243959A - 立体表示装置及び視差像表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば近景と遠景とを含む立体像を視差の飛
びを生じさせない自然な立体感をもった像として観察で
きると共に小型軽量に形成される立体表示装置及び視差
像表示方法を提供する。 【解決手段】 本発明の立体表示装置は観察者４に対面
配置した視差表示体１と、観察者４と視差表示体１との
間に介在するレンズ部５とからなり、視差表示体１の視
差画像は観察者４に対面配置した時、奥行き方向に関し
所定の位置に立体像として再生され、レンズ部５はその
焦点距離内に再生された前記立体像が位置するように
し、観察者４がレンズ部５を介して前記立体像の拡大さ
れた虚像を観察できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体像を表示する
装置およびその表示方法に係り、眼鏡などを用いないで
視差により立体像を観察者に観察させる立体表示装置及
び視差像表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】立体像を表示する方法として従来より特
殊の眼鏡等を用いるものが知られていたが、これ等とは
別に図７に示すように、ホログラフィック・ステレオグ
ラムに代表される視差のあるホログラムを用いた視差表
示体１を眼鏡を用いずに観察点ａ，ｂ，ｃ等において観
察し、例えば近景および遠景を含む立体像を視野内に再
生するものが開発されている。この方法では図７に示す
ように、観察点ａでは視差表示体１から発する再生光Ａ
₁，Ａ₂によって表される視差画像を観察し、観察点ｂで
は再生光Ｂ₁，Ｂ₂によって表される他の視差画像、観察
点ｃでは再生光Ｃ₁，Ｃ₂によって表される別の視差画像
を観察する。このように、観察者の両眼に視差のある像
を観察させ立体像を生じさせる手法は従来よりあった。
この方法は特殊な眼鏡などを必要とせず、自然な立体像
を観察することを可能とした。然し乍ら、この方法では
視差を表示する視差表示体付近の像の表示は可能であっ
たが、視差表示体から離れた像を表示すると視差の飛び
が生じ立体感を損なっていた。そのため、立体像を表示
する範囲は視差表示体の周辺に限られていた。即ち、奥
行き感に乏しいという問題点があった。また、視差表示
体にホログラムを使用した場合、照明光を白色光とする
と照明光の波長による回折角の差によってホログラム面
から離れた像を表示することが更に困難になる問題点が
ある。更に、従来では視差表示体１における視差画像は
近くの像も遠くの像も同一の倍率で記録されているた
め、図８に示すように遠景では視差が大きくなり、遠景
全体を表示できない問題点がある。即ち、図８において
図の左側はある視差画像に含まれる近景２および遠景３
を示し、図の右側は隣の視差画像に含まれる近景２およ
び遠景３を示す。図示のように、遠景３は部分的に表示
され、左側の視差画像の遠景３の位置Ｏは、右側の視差
画像ではＯ′となり、右辺から左辺にかけて大きな飛び
が生じる。そのため自然な立体感のある再生像を求める
ことができない問題点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであり、視差表示体と対面する観
察者側にレンズ作用のある結像要素であるレンズ部を配
置し、視差表示体が表示する立体像の虚像を観察者に観
察させることで近景や遠景も含めて視差の飛びを発生さ
せず、且つ視差表示体にホログラムを用いた場合でも色
収差の影響の少ない立体像の表示が可能である立体表示
装置及び視差像表示方法を提供することを目的とする。
また、小型で軽量な立体表示装置を作成し、装置の軽量
化を図ると共に、狭い空間を広く見せることができるよ
うに奥行き感に優れた立体表示装置及び視差像表示方法
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、観察者に対面配置した視差表示体と、
観察者と前記視差表示体との間に介在するレンズ部とか
らなる立体表示装置であって、前記視差表示体は、視差
画像が形成されており、観察者に対面配置したとき奥行
き方向に関し所定の位置に立体像を再生可能であり、前
記レンズ部は、その焦点距離内に前記再生された立体像
が位置するように配置され、観察者が前記レンズ部を介
して前記立体像の拡大された虚像を観察できるようにし
た立体表示装置を構成するものである。更に具体的に、
前記視差表示体は、前記立体像を再生可能にする視差画
像が記録されたホログラムであることを特徴とする。ま
た、前記レンズ部が、所定の焦点距離を有するホログラ
フィックレンズであることを特徴とする。また、前記視
差表示体が、奥行き方向に関して異なる位置に近景およ
び遠景を含む立体像を再生し、両者の拡大された虚像の
倍率の相違を相殺するように予め両者の立体像の寸法を
相対的に調整した視差画像が形成されているものからな
ることを特徴とする。更に、前記虚像に含まれる虚像点
の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、これに対応する立体像の
立体像点の座標を（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とし、前記レン
ズ部の焦点距離をｆとすると、前記立体像に対する前記
虚像の拡大倍率が焦点距離ｆとｚ軸方向の距離ｚを含む
所定のレンズ公式により求められることを特徴とする。
また、観察者に対面配置した視差表示体と、観察者と前
記視差表示体との間に介在するレンズ部とからなる立体
表示装置により視差画像を表示する視差像表示方法であ
って、奥行き方向の所定位置に立体像を再生すべく視差
画像を形成した前記視差表示体を観察者に対面して配置
すると共に、前記立体像をその焦点距離内に位置するよ
うに前記レンズ部を配置し、観察者が前記レンズ部を介
して前記立体像の拡大された虚像を観察できるようにし
た視差像表示方法を特徴とするものである。

【０００５】観察者と視差表示体とを結ぶ奥行き方向の
ｚ軸に沿って観察者と視差表示体との間にレンズ部を介
設する。なお、このレンズ部はその焦点距離ｆ内に立体
像が入るように配置される。本発明は、視差表示体の観
察者側にレンズ作用のある結像要素を配置し、視差表示
体の表示する像の虚像を観察者に観察させることにより
視差表示体から離れた像点も表示させて奥行き感を深め
ることを可能とした。また、視差表示部にホログラムを
用いた場合でも色収差の影響の少ない立体像の表示が可
能になる。また、視差画像が遠景と近景を含む場合、遠
景は近景よりもレンズ部の焦点寄りにその立体像が生ず
る。一方、その虚像は立体像が焦点に近づく程倍率が大
となり、且つ観察者から遠い位置に表示される。従っ
て、遠景は近景に較べて拡大され、且つ遠方に表示さ
れ、その結果、遠近感のある立体像を観察することがで
きる。また、遠景は拡大されるため、視差表示体自身で
は近景に較べて遠景を小さく記録することができ、視差
画像の飛びを目立たなくすることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳述する。図２に本発明の立体表示装置の概
要構成を示す。立体表示装置は観察者４に対面配置し奥
行き方向を表すｚ軸に沿って配置される視差表示体１
と、観察者４と視差表示体１との間に介在するレンズ部
５等からなる。なお、レンズ部５は観察者４に対して像
を拡大するレンズとして機能する。つまり、観察者４は
視差表示体１で表示された立体像をレンズ部５で拡大さ
れた虚像として観察することになる。図２に示すよう
に、視差表示体１に形成されたある視差画像はレンズ部
５で屈折し観察点ａにより入射光Ａ₁，Ａ₂となって観察
され、観察点ｂでは同じく入射光Ｂ₁，Ｂ₂，観察点ｃで
は同じく入射光Ｃ₁，Ｃ₂により別の視差画像が観察され
る。

【０００７】図１は本発明の立体表示装置における立体
像６および虚像７の光学的関係を模式的に示す図であ
る。今、視差表示体１に記録された一対の視差画像によ
って視覚的に合成される立体像６はレンズ部５の主面か
らｚ′の所に再生されている。一方、レンズ部５を用い
た場合のその虚像７は立体像６の位置よりレンズ部５の
焦点位置に近い側に結像される。レンズ部５の主面から
計ったこの結像位置のｚ軸方向の距離をｚとするとｚ＞
ｚ′である。また、図示のように立体像６に含まれる物
点Ｄの座標をｘ′，ｙ′，ｚ′とし、虚像７における像
点Ｅの座標をｘ，ｙ，ｚとする。立体像６（物点Ｄを含
む）および虚像７（像点Ｅを含む）の関係はレンズの結
像公式により表される。即ち、立体像６の位置ｚ′と虚
像７の位置ｚとの間には次の関係式が成り立つ。 １／ｚ′−１／ｚ＝１／ｆ・・・（１） ここでｆはレンズ部５の焦点距離である。（１）式より
ｚ／ｚ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆが求められる。同時にしてｘ
／ｘ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆ，ｙ／ｙ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆと
なる。ｚ／ｚ′は虚像７の奥行き方向距離拡大倍率を示
し、ｘ／ｘ′及びｙ／ｙ′は虚像７の像拡大倍率を示す
ものであり、レンズ部５の焦点ｆと立体像位置ｚ′とを
変えることにより倍率は任意に調整される。以上のこと
から、レンズを通して立体像を観察すると、本来レンズ
の主面と焦点との間に位置する立体像を主面から無限遠
までの間に拡張された虚像が得られる。また、表示され
る像の大きさも同時に拡大されている。立体像がレンズ
の焦点に近づく程、虚像は遠方に結像し、且つ像倍率も
大きくなる。

【０００８】図３は視差画像に含まれる近景２と遠景３
の一例を示すもので、本発明はこのような近景２および
遠景３を組み合わせて一体的に表示する場合に特に適し
ている。遠景３の立体像は近景２の立体像よりも観察者
４から見て遠く離れた位置に再生され、レンズの焦点に
近くなる。このため遠景３は前記の（１）式に従ってよ
り拡大される。そこで図４に示すように、視差表示体１
上において予め遠景を近景に較べて相対的に小さな像８
として記録する。例えば両者の拡大された虚像の倍率の
相違を相殺するように遠景を小さく記録する。このため
視差画像内での遠景の視差量は小さくなり、像の飛びが
なくなる。図４に示すように、この視差表示体１に記録
された一対の視差画像９，１０には目立つような飛びが
なくなり、且つこの視差画像９，１０により生じる立体
像のレンズ部５による虚像は図３に示したように比較的
拡大された遠景３と比較的小さい近景２として表示され
る。以上により遠景の虚像も自然な立体感のある像とし
て観察することができる。

【０００９】視差表示体１としては、例えば図５に示す
ようにホログラフィック・ステレオグラムのようなホロ
グラム１ａを用いる他、レンチキュラーレンズや回折光
学素子（図略）を用いたものや蝿の目レンズを用いたも
の及びスリットを用いたもの等が考えられる。この内、
回折光学素子は、例えば感光材料の面上に多数個の回折
格子要素を配列したものを積層した構造のものからな
り、各回折格子要素の回折格子方位，回折格子ピッチ，
ドット面積等を変化させ回折格子アレイを形成し、立体
感を出すようにしたものである。また、レンチキュラー
レンズやスリットを用いるものは一次元方向の立体像を
表現する場合に適用されるが、二次元方向にわたって画
像を立体表現しようとする場合には蝿の目のように球状
のレンズ体を多数個配列した前記の蝿の目レンズを用い
る。一方、レンズ部５は結像要素として機能すればよ
く、一般の屈折を利用した光学レンズを用いてもよい
が、例えば、図６に示すようにホログラフィックに作成
したホログラフィックレンズ５ａを利用してもよい。ま
た、レンズ部５としてホログラフィックレンズ５ａを使
用すると、非常に小型の立体像の表示に好適な立体表示
装置が実現される。また、視差表示体１およびレンズ部
５の双方にホログラムを用いることにより基本的に２枚
のフイルムで立体像の表示が可能になり、小型軽量のス
テレオ表示装置が可能になる。なお、本発明は前記した
ように近景から遠景まで自然な立体感を得ることができ
るため、狭い空間を広く見せるなどの用途に応用可能で
ある。

【００１０】図９乃至図１１はホログラフィック・ステ
レオグラムの一般的な作成方法を示すものである。図９
に示すように、カメラ１１を横方向に一定のピッチで移
動させながら被写体１２を１コマずつ撮影し、原画フイ
ルム１３を作製する。次に、図１０に示すように、この
原画フイルム１３の平面画像（視差画像）１４にレーザ
光を照射し、投影レンズ１５を介しスクリーン１６上に
一枚の平面画像を結像する。この平面画像を通過したレ
ーザ光は物体光としてスリット板１７の人間の瞳寸法以
下の間隙１８を通り、ホログラム乾板１９に達し、レー
ザ光の参照光の照射により要素ホログラム２０が記録さ
れる。原画フイルム１３およびホログラム乾板１９を１
コマずつ移動させて原画フイルム１３の平面画像１４の
すべてをホログラム乾板１９に記録し、マスターホログ
ラム２１を作製する。次に、図１１に示すようにこのマ
スターホログラム２１にレーザ光を照射し、物体光を生
じさせ、ホログラム乾板２２にすべてのコマを多重記録
してホログラフィック・ステレオグラムを作製する。

【００１１】

【発明の効果】

１）本発明の請求項１に記載した立体表示装置によれ
ば、観察者と視差表示体との間にレンズ部を配置し、且
つレンズ部による拡大された虚像を観察することによ
り、例えば近景および遠景を含む立体像を視差の飛びが
少ない状態で、且つ奥行きの強調された状態で表示する
ことができる。 ２）本発明の請求項２に記載した立体表示装置によれ
ば、視差表示体をホログラムで形成することにより非常
に小型の装置で立体像を表示することが可能になる。 ３）本発明の請求項３に記載した立体表示装置によれ
ば、レンズ部としてホログラフィックレンズを用いるこ
とにより小型で軽量、且つ薄型の立体表示装置が可能に
なる。 ４）本発明の請求項４に記載した立体表示装置によれ
ば、近景と遠景とで虚像の倍率の相違を相殺する立体像
を予め視差表示体に形成するため、近景と遠景の視差画
像がコンパクトな画面にまとめられ、自然な立体像を観
察することができる。 ５）本発明の請求項５に記載した立体表示装置によれ
ば、立体像と虚像との倍率が、レンズ部の配置とその焦
点距離ｆに基づき理論的に求められ、所望の倍率を有す
る虚像の表現を予め設定することができる。 ６）本発明の請求項６に記載した視差像表示方法によれ
ば、例えば、近景及び遠景の自然な立体像を表現し、狭
い空間を広く見せることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立体表示装置の光学的作用を説明
するための説明図。

【図２】本発明の立体表示装置の基本構造を示す構成
図。

【図３】本発明の立体表示装置により観察される立体像
に含まれる近景及び遠景の一例を示す説明図。

【図４】近景と遠景の拡大倍率の相違を相殺して視差表
示体に記録された一対の視差画像を示す説明用平面図。

【図５】視差表示体としてホログラムを用いた本発明の
立体表示装置の実施の形態を示す構成図。

【図６】レンズ部としてホログラフィックレンズを用い
た本発明の立体表示装置の実施の形態を示す構成図。

【図７】従来の視差表示体の観察状態を示す説明図。

【図８】従来の視差画像の飛び状態を説明するための説
明用平面図。

【図９】ホログラフィック・ステレオグラムの作製方法
を説明するための概要図。

【図１０】レーザ再生型のホログラフィック・ステレオ
グラムを作製するための光学系の構成を示す概要図。

【図１１】ホログラムの記録を説明するための光学系の
概要構成図。

【符号の説明】

１ 視差表示体 １ａ ホログラム ２ 近景 ３ 遠景 ４ 観察者 ５ レンズ部 ５ａ ホログラフィックレンズ ６ 立体像 ７ 虚像 ８ 像 ９ 視差画像 １０ 視差画像

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者に対面配置した視差表示体と、観
   察者と前記視差表示体との間に介在するレンズ部とから
   なる立体表示装置であって、前記視差表示体は、視差画
   像が形成されており、観察者に対面配置したとき奥行き
   方向に関し所定の位置に立体像を再生可能であり、前記
   レンズ部は、その焦点距離内に前記再生された立体像が
   位置するように配置され、観察者が前記レンズ部を介し
   て前記立体像の拡大された虚像を観察できるようにした
   ことを特徴とする立体表示装置。
2. 【請求項２】 前記視差表示体は、前記立体像を再生可
   能にする視差画像が記録されたホログラムである請求項
   １に記載の立体表示装置。
3. 【請求項３】 前記レンズ部が、所定の焦点距離を有す
   るホログラフィックレンズである請求項１に記載の立体
   表示装置。
4. 【請求項４】 前記視差表示体が、奥行き方向に関して
   異なる位置に近景および遠景を含む立体像を再生し、両
   者の拡大された虚像の倍率の相違を相殺するように予め
   両者の立体像の寸法を相対的に調整した視差画像が形成
   されているものからなる請求項１に記載の立体表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記虚像に含まれる虚像点の座標を
   （ｘ，ｙ，ｚ）とし、これに対応する立体像の立体像点
   の座標を（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とし、前記レンズ部の焦
   点距離をｆとすると、前記立体像に対する前記虚像の拡
   大倍率は次の式により求められることを特徴とする請求
   項１に記載の立体表示装置。 ｘ／ｘ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆ ｙ／ｙ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆ ｚ／ｚ′＝（ｆ＋ｚ）／ｆ なお、ｚ，ｚ′はレンズ部の光軸に沿った座標であり、
   ｘ，ｘ′およびｙ，ｙ′は光軸に直交する平面の直交座
   標である。
6. 【請求項６】 観察者に対面配置した視差表示体と、観
   察者と前記視差表示体との間に介在するレンズ部とから
   なる立体表示装置により視差画像を表示する視差像表示
   方法であって、奥行き方向の所定位置に立体像を再生す
   べく視差画像を形成した前記視差表示体を観察者に対面
   して配置すると共に、前記立体像をその焦点距離内に位
   置するように前記レンズ部を配置し、観察者が前記レン
   ズ部を介して前記立体像の拡大された虚像を観察できる
   ようにしたことを特徴とする視差像表示方法。