JPH095672A

JPH095672A - ３次元情報再生装置

Info

Publication number: JPH095672A
Application number: JP7158242A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Katagiri; 眞行片桐; Keisuke Iwasaki; 圭介岩崎; Toshio Nomura; 敏男野村; Nobutoshi Gako; 宣捷賀好
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーフィルタが水平方向に並んだ現行のフ
ラットディスプレイパネルを用いても、再生像に色分離
が起こらない小型かつ安価な３次元情報再生装置を得
る。【構成】フラットディスプレイパネル１の表示画面上
に表示された立体画像情報を含む画像を、ホログラムレ
ンズアレイ３により、各画素に対応する投影画像が隣同
士接し、かつ画素を構成する１組の絵素の画像が拡散板
５上の同一の領域に重なるよう拡散板５に投影し、シリ
ンドリカルレンズアレイ２により、該拡散板５に投影さ
れた投影画像から立体像を再生するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は３次元情報再生装置に
関し、特殊な眼鏡を必要とせずに立体画像を再生可能な
３次元情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、３次元空間を行き交う光線の
状態、即ち光線の進行方向及び強度を再生する方式の３
次元情報再生装置が知られている。

【０００３】この３次元情報再生装置は、微小レンズを
２次元に配列したフライアイレンズあるいは２次元のピ
ンホールアレイと写真技術とを組み合わせて、立体写真
の作成技術として応用されてきた。

【０００４】本件出願人は、特願平６−３７３３６号と
して、フラットディスプレイパネルとシリンドリカルレ
ンズアレイとを組み合わせた３次元情報再生装置につい
て出願している。

【０００５】図９は、この３次元情報再生装置の基本構
成を示す図であり、図において、１００ａは上記３次元
情報再生装置で、これはフラットディスプレイパネル１
００と、その表示面上に配置されたシリンドリカルレン
ズアレイ１０２とから構成されている。

【０００６】該フラットディスプレイパネル１００は、
被写体のフーリエ変換像を合成した像が表示されるよう
になっている。ここで、上記被写体のフーリエ変換像
は、専用の特殊な３次元情報入力装置、あるいはビデオ
カメラを水平方向に移動しながらフーリエ変換像を撮る
撮像装置などで得ることができる。また、もちろんコン
ピュータによる演算処理により、上記のようなフーリエ
変換像に対する画像信号を作成することもできる。

【０００７】シリンドリカルレンズアレイ１０２は、シ
リンドリカルレンズ１０２ａが一定のピッチ間隔ｐで水
平方向に並べられて構成されている。そして、シリンド
リカルレンズから焦点距離だけ離れた位置にフラットデ
ィスプレイパネル１００の表示面が置かれている。

【０００８】上記パネル１００の表示画素から発せられ
た光は、シリンドリカルレンズ１０２ａの作用によっ
て、シリンドリカルレンズの幅に対応した平行光となっ
て出射される。その方向は表示画素とシリンドリカルレ
ンズのレンズ中心を結ぶ方向である。そして、点灯する
画素を選択することにより再現される光の進行方向を選
び、点灯する画素の光の強度を調整することにより再現
される光の光量を制御する。

【０００９】このような画素の点灯制御が、上記フーリ
エ変換像に対応する画像信号に基づいて全画素にわたっ
て行われると、再現したい立体像が再現されるととな
る。

【００１０】ところで、現在実用化されているフラット
ディスプレイパネルのカラーフィルタの配列は通常、デ
ルタ配列とストライプ配列の２種類である。

【００１１】図１０は、ストライプ配列のパネル１００
を用いた３次元情報再生装置の例を示している。図中、
１００は、カラーフィルタの配列がストライプ配列であ
るパネルで、このパネル１００では、３色の絵素１０１
ａ、１０１ｂ、１０１ｃが水平方向に繰り返し並んでい
る。また３色の絵素の組み合わせで１つの画素をなして
いる。なおここでは、カラーフィルタは図示していない
が、各絵素にはその色に対応するカラーフイルタが設け
られている。

【００１２】画素１０１は絵素１０１ａ、１０１ｂ、１
０１ｃで構成され、３絵素でもってある方向の光の色情
報と強度情報を表現するようになっている。ところが、
シリンドリカルレンズアレイ１０２のレンズ作用方向と
絵素１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの並びの方向とが一
致するために、図１０に示されるように、シリンドリカ
ルレンズ１０２ａに対する各絵素の水平方向の位置の違
いにより、絵素１０１ａに対して光線群１０４ａ、絵素
１０１ｂに対して光線群１０４ｂ、絵素１０１ｃに対し
て光線群１０４ｃが再生され、それぞれ進行方向が異な
ることとなる。本来、１つの画素に対応する各絵素につ
いては同じ方向の光を再現したいが、このように色によ
って少しずつ方向が異なり、各色の立体像が離れて再生
されると、観測者は、立体像として色分離された像を見
ることになる。

【００１３】また、デルタ配列は、３色のカラーフィル
タが三角形の各頂点に位置するよう並べられるものであ
り、この配列のパネルでは、上記ストライプ配列のもの
と同様に、３色のカラーフィルタに対応する３つの絵素
により１画素が構成されるが、水平方向には、上記１画
素に対応する３色のカラーフィルタのうち２つのカラー
フィルタが並ぶこととなり、上記ストライプ配列の場合
と同様、観測者が立体像として色分離された像を見ると
いったことが起こる。

【００１４】このような課題に対して特願平６−３７３
３６号に添付の明細書等には、表示パネルを、垂直方向
にカラーフィルタを配列した構成とすることにより対処
することが記載されている。

【００１５】ところがこのような構成のパネルを実現す
るには、新たに垂直方向にカラーフィルタの配列をもつ
パネルを作製するか、通常のストライプ配列あるいはデ
ルタ配列のパネルを９０°回転して用いるかの方法を取
らなければならない。

【００１６】このような課題は、図９に示すフーリエ変
換像を用いる３次元再生方式に限らず、レンチキュラ方
式においても存在する。レンチキュラ方式の原理は以下
に示す通りである。

【００１７】このレンチキュラ方式は、異なる視点から
撮像した２枚の２次元の視差画像を垂直方向に細長く短
冊状に刻み、該２枚の視差画像の短冊状部分を交互に合
成した２次元の実像を各短冊状部分毎に、水平方向に配
列されている各シリンドリカルレンズに対して割り当
て、シリンドリカルレンズの作用によって、ある空間上
に２枚の２次元の視差画像を再構成するものであり、こ
の方式により再構成されたそれぞれの視差画像を左右の
目で見れば、被写体の立体視が観測される。

【００１８】この方式も上記フーリエ変換像を用いる３
次元再生方式と同様に、レンズ作用方向とカラーフィル
タの配列方向が一致すれば、色ずれを含んだ立体像が再
生される。これに対して、特開昭６３−２４８２９３号
公報にはカラーフィルタの配列方向を垂直方向にとる方
法が開示されており、ここでは、３色のカラーフィルタ
は、その配列方向がシリンドリカルレンズのレンズ作用
が働く方向に対して垂直になるように配列されている。

【００１９】ところで、従来の３次元情報再生装置に
は、再生像中に黒い縞が観察されるという別の課題があ
る。その現象を図１１を用いて説明する。

【００２０】通常のフラットディスプレイパネル１００
は画素１０１の間に配線部分等に起因する非発光部１０
５がある。この非発光部１０５に対応して、図１１に示
すように、光が届かない領域１０５ａが存在する。その
領域１０５ａは非発光部の数だけあリ、四方八方に規則
性をもって広がる。例えは、シリンドリカルレンズアレ
イ１０２からある距離だけ離れた平面１０６上では部分
的に集まる。また、別の平面１０７上ではその領域は重
ならず、広く分散している。

【００２１】観察者が平面１０６上に眼を置き、３次元
情報再生装置の再生像を見ようとすると、周期的に光が
届かない領域が眼に入り、結果的に黒い縞を観察するこ
とになる。

【００２２】このような黒い縞が観測されてしまうとい
う課題に対して、特開平６−２６５８１８号公報に開示
の３次元画像表示装置では、液晶プロジェクタ２台の画
像を一部重ねることで対処している。

【００２３】図１２は、この公報記載の３次元画像表示
装置の基本構成を示している。

【００２４】この３次元再生表示装置は、右目用の画像
を投影するための液晶プロジェクタ１０９と、左目用の
画像を投影するための液晶プロジェクタ１１０と、拡散
板１１１と、レンチキュラレンズ１１２と、右目用のカ
メラ１０８ａと、左目用のカメラ１０８ｂと、制御装置
１１３とから構成されている。なお、上記拡散板１１１
上での水平方向の画素数は１４４０である。

【００２５】そして、上記基本構成を用いて、上記２台
の液晶プロジェクタ１０９及び１１０に同一の２眼式３
次元画像の信号を与え、該液晶プロジェクタ１０９と１
１０の左右の位置を微調整することにより、図１３に示
すように、１台のプロジェクタから投影された画像Ｒ，
画像Ｌと、もう１台のプロジェクタから投影された画像
Ｒ’，画像Ｌ’とを、画像Ｒと画像Ｌ’、または画像
Ｒ’と画像Ｌが重ならないよう一部重畳させて投影する
ようにしている。これにより、画像Ｒと画像Ｌの間にあ
った非発光部の影響を減少させることができる。

【００２６】次に、視点を移動させたときに観察される
立体像が変化する「像の飛び現象」について図１４を用
いて説明する。

【００２７】３次元情報再生装置のフラットディスプレ
イパネル１００にフーリエ変換像あるいは多眼の視差画
像が表示されている状態において、観察者が視点を移動
させたときに、それに伴って、立体像の見え方が変化す
る。

【００２８】例えば、観察者が、再生点Ａ、Ｂを見るこ
とができる位置Ｃから、再生点Ａ’、Ｂ’を見ることが
できる位置Ｄに移動したとする。この場合、位置Ｃと位
置Ｄでは、各再生点を見込む角度が異なるので、再生点
Ａ、Ｂと、再生点Ａ’、Ｂ’の相対的位置関係が異なっ
て見える。

【００２９】フラットディスプレイパネル１００の画素
密度が十分に高い場合には問題ないが、画素密度が低い
場合にはサンプリング位置が粗くなることから、本来同
じ位置で再生されるべき再生点Ａと再生点Ａ’、再生点
Ｂと再生点Ｂ’の位置が異なることがある。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、現在
実用化されているフラットディスプレイパネルを用いた
従来の３次元情報再生装置では、レンズ作用の方向とカ
ラーフィルタの配列方向が一致するので、再生された像
に色分離が起こるという問題がある。

【００３１】このような問題に対する対策を講じたもの
として、垂直方向にカラーフィルタが配列されたフラッ
トディスプレイパネルを用いた従来例がある。これは、
新たにパネルを作製しなければならず、また、電極、ト
ランジスタなどの能動素子、カラーフィルタを作り直す
ことは勿論のこと、駆動回路も見直す必要があり、多額
の費用ががかり、実用上で問題がある。

【００３２】また、カラーフィルタが水平方向に並んだ
通常のフラットディスプレイパネルを９０°回転させて
使用する従来例がある。現行のパネルでは、例えば水平
方向に６４０の画素が、垂直方向に４８０の画素が配列
されており、垂直画素数より水平画素数の方が多く設定
されているので、通常のパネルを９０°回転させた姿勢
では、水平画素の数が減少することとなる。また、表示
画面の縦横比が変わり、縦長の画面となる。

【００３３】ところが、３次元情報再生装置としては、
垂直方向よりも水平方向の立体感が重要であり、水平画
素数をなるべく多くとり、横長の画面にするのが望まし
いにも拘らず、この従来例では、表示画面の縦横比が逆
になり好ましくない。

【００３４】また、レンチキュラ方式においても、上記
の従来例と同様に通常のフラットディスプレイパネルを
９０°回転させて用いる従来例がある。これも同様に上
記の課題がある。

【００３５】さらに、従来の３次元情報再生装置では、
フラットディスプレイパネル上に周期的に存在する非発
光部に起因する黒い縞が観察される。これは、立体像を
観察する上で目障りとなり、非常に問題である。そこで
上述したように従来では、液晶プロジェクタを２台用
い、互いの投影画像を画素の単位で補間することによ
り、この課題に対処している。しかし、液晶プロジェク
タが２台必要となって、装置が大型化する。また２台の
液晶プロジェクタの位置合わせには高い精度が要求され
る。

【００３６】またさらに、従来の３次元情報再生装置で
は、フラットディスプレイパネルの画素密度は十分に高
いものではなく、サンプリング位置の粗さから、視点を
移動させたときに再生立体像がステップ状に変化し、す
なわち「像の飛び」が起こリ、観測される立体像が不自
然なものとなる。

【００３７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、カラーフィルタが水平方向に並
んだ現行のフラットディスプレイパネルを用いても、再
生像の色分離を、表示画面の縦横比の逆転を招くことな
く防止でき、しかも現行のフラットディスプレイパネル
の非発光部に起因する、再生像に黒い縞が観察される現
象を回避できる簡単な構成の３次元情報再生装置を得る
ことを目的とする。

【００３８】また、本発明は、画素密度が十分に高くな
い現行のフラットディスプレイパネルを使用しても、視
点移動に伴う再生像の変化がステップ状にならず、その
変化が滑らかに起こるようにすることができる簡単な構
成の３次元情報再生装置を得ることを目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る３次元情
報再生装置は、画像表示を行うための光を発生する光源
と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源からの
光を変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画面
上に表示するカラー画像表示手段と、該表示画面上に表
示された表示画像を、該表示画面上の画素毎に分けて投
影する第１の光学手段と、該第１の光学手段による投影
光が照射されて、その投影面上に各画素に対応した投影
画像が形成される画像形成部と、該画像形成部に形成さ
れた投影画像から、該立体画像情報に対応した立体像を
再生する第２の光学手段とを備えている。そして、該第
１の光学手段は、該カラー画像表示手段の画素を構成す
る絵素の配列ピッチと同じピッチで配列された、対応す
る絵素の画像を該画像形成部に投影する投影部を複数有
し、該各画素に対応する投影画像が隣同士接するよう、
１つの画素を構成する１組の絵素の画像を該画像形成部
の同一の領域に重ねて投影するものである。そのことに
より上記目的が達成される。

【００４０】この発明は、上記３次元情報再生装置にお
いて、前記第１の光学手段を、前記投影部としてホログ
ラムレンズを多数配列したホログラムレンズアレイから
構成したものである。

【００４１】この発明に係る３次元情報再生装置は、画
像表示を行うための光を発生する光源と、複数の画素か
らなる表示画面を有し、該光源からの光を変調して、立
体画像情報を有する画像を該表示画面上に表示するカラ
ー画像表示手段と、該表示画面上に表示された表示画像
を、該表示画面上の画素毎に分けて投影する第１の光学
手段と、該第１の光学手段による投影光が照射されて、
その投影面上に各画素に対応した投影画像が形成される
画像形成部と、該画像形成部に形成された投影画像か
ら、該立体画像情報に対応した立体像を再生する第２の
光学手段とを備えている。そして、該第１の光学手段
は、該カラー画像表示手段の画素を構成する絵素の配列
ピッチと同じピッチで配列された、対応する絵素の画像
を該画像形成部に投影する投影部を複数有し、該各画素
に対応する投影画像が隣のものと一部重なるよう、１つ
の画素を構成する１組の絵素の画像を該画像形成部の同
一の領域に重ねて投影するものである。そのことにより
上記目的が達成される。

【００４２】この発明は上記３次元情報再生装置におい
て、前記第１の光学手段を、前記投影部としてホログラ
ムレンズを多数配列したホログラムレンズアレイから構
成したものである。

【００４３】

【作用】本発明においては、カラー画像表示手段の表示
画面上に表示された立体画像情報を含む画像を、第１の
光学手段により、画素を構成する１組の絵素の画像が画
像形成部の同一領域に位置するよう投影するので、第２
の光学手段によって該投影画像から立体像を再生すると
きに、１つの画素に対応する１組の絵素の画像情報が観
測領域の同一の領域に合成されることとなり、再生像に
おける色ずれを回避することができる。

【００４４】また、上記画像形成部上では、各画素に対
応する投影画像が隣同士接するようにしているため、該
画像形成部上にはカラー画像表示手段における非発光部
に起因する影の部分はなく、このため、該画像形成部上
の投影画像から再生される立体像中に、上記非発光部に
起因する黒い縞が観測されるのを防止できる。

【００４５】この発明においては、第１の光学手段をホ
ログラムレンズを多数配列したホログラムレンズアレイ
から構成することにより、装置の部品コスト等の製造コ
ストを低減できる。

【００４６】本発明においては、カラー画像表示手段の
表示画面上に表示された立体画像情報を含む画像を、第
１の光学手段により、画素を構成する１組の絵素の画像
が画像形成部の同一領域に位置するよう投影するととも
に、上記画像形成部上では、各画素に対応する投影画像
が隣のものと一部重なるようにしているので、再生像に
おける色ずれ、黒い縞の発生を回避できるとともに、視
点移動に伴う、観察上障害となる再生像の変化を軽減す
ることができる。

【００４７】この発明においても、第１の光学手段をホ
ログラムレンズを多数配列したホログラムレンズアレイ
から構成することにより、装置の部品コスト等の製造コ
ストを低減できる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。

【００４９】（実施例）図１は本発明の第１の実施例に
よる３次元情報再生装置の基本構成を説明するための図
であり、該装置の水平断面における構造を示している。

【００５０】図において、２００は本実施例の３次元情
報再生装置で、画像表示を行うための光を発生する光源
６と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源から
の光を変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画
面上に表示するフラットディスプレイパネル（カラー画
像表示手段）１とを備えており、上記光源６と該パネル
１の間には、該光源６から出射された画像表示用光を平
行光に変換するコリメートレンズ４が配置されている。

【００５１】そして、さらに上記３次元情報再生装置２
００は、該表示画面上に表示された表示画像を、該表示
画面上の画素毎に分けて投影するホログラムレンズアレ
イ（第１の光学手段）３と、該レンズアレイ３による投
影光が照射されて、その投影面上に各画素に対応した投
影画像が形成される拡散板（画像形成部）５と、該拡散
板５に形成された投影画像から、該立体画像情報に対応
した立体像を再生するシリンドリカルレンズアレイ（第
２の光学手段）２とを備えている。

【００５２】該フラットディスプレイパネル１には液晶
パネル、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネル、プ
ラズマディスプレイ、微小真空管を用いた真空マイクロ
デバイス、あるいは平板ＣＲＴなど、表示面が平面であ
るディスプレイが用いられる。

【００５３】上記シリンドリカルレンズアレイ２は、ア
クリル、塩化ビニル等の透明なプラスチック材料の表面
に凹凸をつけ、かまぼこ状の細長いレンズ２ａを並べ
て、構成したものである。また上記シリンドリカルレン
ズ２ａは、ガラス、プラスチックの透明平板に屈折率分
布を持たせることにより形成することもできる。なお、
上記光学手段はシリンドリカルレンズアレイに限定され
るものではなく、通常のレンズアレイでもよい。

【００５４】上記コリメートレンズ４はフラットディス
プレイパネル１全体に光を照射させなければならないた
め、大口径のレンズになる。そこで、コリメートレンズ
４はプラスチック材料からなる薄型のフレネルレンズが
適している。レンズ作用は紙面と平行な平面内だけにあ
ればよいので、コリメートレンズ４はシリンドリカルレ
ンズでもよい。

【００５５】また、フラットディスプレイパネル１はカ
ラーフィルタが水平方向に並んだ現行のカラー表示パネ
ルである。カラーフィルタは通常３色で構成されてい
て、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）あるいはシアン
（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の組み合わせ
が用いられる。例えば、絵素１０ａと１１ａを赤（Ｒ）
色のカラーフィルタ、絵素１０ｂと１１ｂを緑（Ｇ）色
のカラーフィルタ、絵素１０ｃと１１ｃを青（Ｂ）色の
カラーフィルタに対応する絵素とすると、これらの３つ
の絵素により１画素が構成される。各絵素の間には配線
等による非発光部１２が存在している。１画素を構成す
る１組の絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び１１ａ、１
１ｂ、１１ｃは繰り返し配列されている。

【００５６】そして、各画素毎に１組のホログラムレン
ズ３ａ、３ｂ、３ｃがその絵素に対応させて割り当てら
れており、１組のホログラムレンズ３ａ、３ｂ、３ｃも
同様に繰り返し配列されて、ホログラムレンズアレイ３
を構成している。また、このホログラムレンズアレイ３
の各レンズの特性は対応する絵素ごとに異なっている。

【００５７】上記光源６には、点光源、あるいは紙面に
垂直な方向に細長い線光源を用いている。

【００５８】次に作用効果について説明する。

【００５９】コリメートレンズ４の焦点距離にある光源
６から出射された光は、コリメートレンズ４の作用によ
り平行光に変換される。その平行光は垂直にフラットデ
ィスプレイパネル１に入射される。フラットディスプレ
イパネル１では、入射されてきた光に対して、色変調と
強度変調を行う。

【００６０】上記ホログラムレンズアレイ３の各レンズ
の特性は対応する絵素ごとに異なっているため、フラッ
トディスプレイパネル１の各絵素を透過した平行光は、
ホログラムレンズアレイ３の作用によって、拡散板５上
に画素単位で１つの領域上に重ねて投影される。つま
り、該拡散板５上の各画素に対応する領域５ａ，５ｂで
は、それぞれ画素１０、１１における、各絵素のＲ、
Ｇ、Ｂの光が混色されて投影されている。

【００６１】そして、該拡散板５上に投影された各画素
に対応する投影画像は、シリンドリカルレンズ２の作用
により、立体像として再生される。

【００６２】次に、本実施例における３次元情報再生の
原理を図２を用いて説明する。図２は前記フラットディ
スプレイパネル１の情報が投影された拡散板５とシリン
ドリカルレンズアレイ２の断面図を示している。なお、
図２では、図１に示されているその他のものは省略され
ている。

【００６３】図１に示したように、フラットディスプレ
イパネル１上の１組の絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃから
出た光は、例えば、図２の拡散板５上の領域５ａに集光
される。また、フラットディスプレイパネル１上の１組
の絵素１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出た光は、例えば図
２の拡散板５上の領域５ｂに集光される。すなわち、フ
ラットディスプレイパネル１の各画素の位置と各絵素の
透過率を反映して、拡散板５上の各部分に色情報の異な
る領域が並んで生成される。

【００６４】図１と同様に、拡散板５上に形成される４
つの投影領域に対して、シリンドリカルレンズアレイ２
の１つのレンズが対応するとする。投影領域５ａから５
ｄにはレンズ２ａが、投影領域５ｅから５ｈにはレンズ
２ｂが、投影領域５ｉから５ｌにはレンズ２ｃが対応す
る。ここで各投影領域から発せられた光は散乱光と考え
てよい。

【００６５】シリンドリカルレンズアレイ２の各レンズ
２ａ、２ｂ、２ｃの焦点距離は同じで、その焦点位置に
拡散板５が置かれているので、このような配置から、例
えば投影領域５ｃから発せられた光は、投影領域５ｃと
レンズ２ａの主点１４ａを結ぶ方向にレンズ２ａの幅を
もつ平行光７（図１参照）になって出射される。なお、
図２ではその平行光を実線１３ａで代表させて表してい
る。図２は光線を描きやすくするために、縦横の縮尺率
を変えて表しており、このため、再生される光は幅の広
い光という印象を与えるが、実際はそれ程ではない。

【００６６】このように各投影領域と各レンズの主点の
相対的な位置関係から、出射される光の出射方向を規定
することができる。同様に、投影領域５ｆとレンズ２ｂ
の主点１４ｂの相対位置関係から光線１３ｂが再生され
る。このような光線の再生が複数のレンズについて行わ
れる。

【００６７】図２に示すＣ側から観察者がこれらの光線
群１３を観察すると、実際には拡散板５から手前にしか
光は出ていないが、観察者はその認識はなく、光線が交
わる再生点から出て来た光と感じ、奥行き感を感じる。
例えば光線１３ａ、１３ｂ、１３ｃから再生点Ａが、光
線１３ｄ、１３ｅ、１３ｆから再生点Ｂが再現される。
そして多数のレンズにより再生点が無数に再現されるこ
とにより、立体像が観察されることとなる。

【００６８】なお、このようなフラットディスプレイパ
ネル１に表示される立体情報をもった画像は、コンピュ
ータで作成することができる。また、専用の特殊カメラ
を用意すれば、実物の被写体から立体情報をもった画像
を得ることができる。

【００６９】また、シリンドリカルレンズアレイ２の１
つのレンズに割リ当てる画素の数は４に限定されるもの
でない。

【００７０】以下、本実施例の３次元情報再生装置を構
成するホログラムレンズアレイについてさらに詳しく説
明する。

【００７１】図３は、上記３次元情報再生装置におい
て、フラットディスプレイパネル１の情報が拡散板５に
投影される様子を拡大して示している。図３には１つの
画素１０を構成する１組の絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
が示されている。各絵素の間には非発光部１２が存在し
ている。該１つの画素を構成する各絵素１０ａ、１０
ｂ、１０ｃにホログラムレンズアレイ３の各ホログラム
レンズ３ａ、３ｂ、３ｃが対応している。

【００７２】各絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃには平行光
が入射され、絵素１０ａを透過した光はホログラムレン
ズ３ａにより、拡散板５上の領域５ａに投影される。絵
素１０ｂを透過した光はホログラムレンズ３ｂにより、
拡散板５上の投影領域５ａに投影される。また、絵素１
０ｃを透過した光はホログラムレンズ３ｃにより、拡散
板５上の投影領域５ａに投影される。すなわち、各絵素
を透過した光は拡散板５上の同じ投影領域に重ねて投影
される。１組のホログラムレンズ３ａ、３ｂ、３ｃの合
計の幅及び重ねて投影される領域５ａは１つの画素１０
と同じ幅をもっている。

【００７３】図４は、上記拡散板５上での光の強度分布
を表す。投影領域５ａには絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
を透過した光が投影されていて、投影領域５ｂには絵素
１１ａ、１１ｂ、１１ｃを透過した光が投影されてい
る。投影領域５ａと投影領域５ｂは重ならず、また隙間
もなく、拡散板５上を埋め尽くしている。

【００７４】各絵素の透過光については、図５に示すよ
うに、絵素１０ａと１１ａに対応するものがＲ（赤）色
光の波長分布を、絵素１０ｂと１１ｂに対応するものが
Ｇ（緑）色光の波長分布を、絵素１０ｃと１１ｃに対応
するものがＢ（青）色光の波長分布を有している。

【００７５】ホログラムレンズのレンズ特性は波長依存
性があるので、透過する波長に応じた特性のレンズを形
成する。厳密に言えば、Ｒの光の中にも分布があるの
で、Ｒの光に対して全て同じレンズ特性を示す訳ではな
いが、この各色の光における波長分布は問題のない程度
である。

【００７６】図６は、各ホログラムレンズのレンズ特性
を示す。ホログラムレンズは凹レンズ特性を有してお
り、各絵素に対応する各ホログラムレンズは出射方向を
異ならせている。その出射光の方向の制御は、凹レンズ
２０に垂直に入射される平行光に対して、偏心したレン
ズ部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設定することにより行う
ことができる。

【００７７】図３に示すように、１つの画素に対応する
１組のホログラムレンズの中で左端に位置するホログラ
ムレンズ３ａは、図６（ａ）に示される凹レンズ２０の
レンズ部２０ａのレンズ特性を有している。中央に位置
するホログラムレンズ３ｂは図６（ｂ）に示される凹レ
ンズ２０のレンズ部２０ｂのレンズ特性を有している。
また右端に位置するホログラムレンズ３ｃは図６（ｃ）
に示される凹レンズ２０のレンズ部２０ｃのレンズ特性
を有している。このようにホログラムレンズアレイを構
成するホログラムレンズは、その位置に応じて、基準と
なる凹レンズ２０の光軸からの偏心の度合いが異なって
いる。

【００７８】このホログラムレンズアレイ３は、アクリ
ル、塩化ビニル等の透明プラスチック材料の表面に凹凸
をつけたレンズアレイで置き換えることができる。ま
た、ガラス、プラスチックの透明平板に屈折率分布をも
たせて形成したレンズアレイで置き換えることもでき
る。

【００７９】各絵素に対応する各ホログラムレンズは、
透過する光の波長、及びその位置による偏心の違いによ
り、レンズ特性は異なったものとなっている。

【００８０】このような構成の本実施例では、各絵素に
対応したホログラムレンズを配することにより、拡散板
５上で、１つの画素毎に、該画素を構成する絵素からの
投影光を混合することができ、しかも該拡散板５上で、
各画素に対応する投影領域を隙間なく並べることができ
る。このように１つの画素を構成する各絵素を透過した
光をある１つの領域で混色することができるので、シリ
ンドリカルレンズアレイ２（図１及び図２）の作用によ
って再現される立体像における色分離を引き起こすこと
はないという効果がある。

【００８１】また、拡散板５上で各画素に対応した領域
を隙間なく並べることができるので、シリンドリ力ルレ
ンズアレイの焦平面上に非発光部が生ずることはなく、
再生像中に黒い縞が発生することがない効果がある。

【００８２】さらに、図１に示すように上記ホログラム
レンズアレイは、パネルを直接見る直視型のフラットデ
ィスプレイパネルに適用でき、色分離や黒い縞の発生の
ない３次元情報再生装置をコンパクトに構成することが
できる。

【００８３】（実施例２）次に本発明の第２の実施例に
よる３次元情報再生装置について説明する。

【００８４】図１に示す３次元情報再生装置では視点を
移動させたときに、再生点を見込む角度に応じて、観測
される再生立体像が変化する。すなわち、観察者の頭の
動きに応じて、異なる方向から見た被写体が観測され
る。

【００８５】ところが、フラットディスプレイパネル１
の画素密度が十分に高くないと、視点を移動させたとき
に、立体像は滑らかに変化せずに、ステップ状に変化す
る。この立体像のステップ状の変化が「像の飛び」と称
するものである。

【００８６】図７に「像の飛び」の様子を示す。図７に
はフラットディスプレイパネル１の情報が投影された拡
散板５とシリンドリカルレンズアレイ２の断面図を示し
ており、この図では、図１に示されているその他のもの
は省略されている。

【００８７】前述したように、拡散板５上の投影領域５
ａには、フラットディスプレイパネル１上の１組の絵素
１０ａ、１０ｂ、１０ｃから出た光が重なって投影され
ている。この投影領域５ａの幅は、１組の絵素１０ａ、
１０ｂ、１０ｃを合わせた幅と同じである。この幅が十
分に小さくないと、シリンドリカルレンズアレイ２から
出射される光は平行光とならず、拡散光となり、瞳より
大きい幅をもつことがある。観察者はその拡散光の１部
を見ることになる。

【００８８】例えば、観察者の頭部がＡの位置にある場
合、投影領域５ｃから出た光はレンズ２ａによって出射
方向が規定され、その光の一部が観察者の左目に入る。
同様に、投影領域５ｊから出た光はレンズ２ｃによっ
て、その一部が右目に入る。そうすると、観察者は再生
点３０をＤの位置にあると認識する。

【００８９】また、頭部の位置をＢに移動させると、上
記と同じ投影領域とレンズの組み合わせで、左目、右目
にそれぞれ光が入るが、その方向が少し異なるので、再
生点３０はＥの位置にあると認識される。

【００９０】観察者がさらに頭部の位置を移動させて、
Ｃの位置に頭部がくると、投影領域５ｇから出た光がレ
ンズ２ｂを通って左目に入り、投影領域５ｎから出た光
がレンズ２ｄを通って右目に入り、観察者は再生点３０
をＦの位置にあると認識する。

【００９１】すなわち、観察者が頭部の位置をＡからＣ
まで動かすと、同じ位置に再生されるべき再生点３０が
Ｄ、Ｅ、Ｆの位置に動くこととなる。特に、Ｅの位置か
らＦの位置に動くときには、大きな変位があり、観察者
には、再生像の変化が「像の飛び」として感じられる。

【００９２】本発明の第２の実施例は、このような像の
飛びの問題を解消したものであり、図８は、本発明の第
２の実施例による３次元情報再生装置における拡散板５
上での光の強度分布を示している。この実施例では、上
記実施例と同様、１組の絵素１０ａ、１０ｂ、１０ｃを
透過した光が、拡散板５上の投影領域５ａに重ねて投影
され、その隣接する１組の絵素１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
を透過した光が、拡散板５上の領域５ｂに重ねて投影さ
れる。この実施例では、上記投影の際、その投影領域５
ａと投影領域５ｂの境界部分には、両者の一部が重なっ
た領域２２が生ずるよう、ホログラムレンズアレイを構
成している。

【００９３】このような構成では、上記投影領域５ａと
投影領域５ｂの一部が重なった部分でクロストークが発
生する。

【００９４】このため、視点移動によって、再生点の位
置が大きく変わる遷移状態のときに、クロストークによ
リ再生点が不鮮明になり、再生像がステップ状に変化す
るのを緩和することができる。再生点が不鮮明になるの
は、領域５ａと領域５ｂの重なった領域から出た光を観
察者が見たときだけで、すなわち再生点の位置が大きく
変化するときだけで、通常はクロストークのない鮮明な
再生像が観測される。

【００９５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る３次元情報
再生装置によれば、カラー画像表示手段の各絵素を透過
した色成分の異なる光を、第１の光学手段により各画素
ごとに拡散板上で混合するようにしたので、色ずれの発
生しない再生像を再現することができる。また、画像形
成部上に各画素に対応した光を隙間なく投影することに
より、立体像の再生の際に黒い縞が発生するのを回避で
きる。この結果、カラーフィルタが水平方向に並んだ現
行のフラットディスプレイパネルを用いても、再生像の
色分離を、表示画面の縦横比の逆転を招くことなく防止
でき、しかも現行のフラットディスプレイパネルの非発
光部に起因する、再生像に黒い縞が観察される現象を回
避できる簡単な構成の３次元情報再生装置を得ることが
できる。

【００９６】また、この発明に係る３次元情報再生装置
によれば、画像形成部上に各画素に対応した光を一部重
ねて投影するので、視点移動に伴う「像の飛び」を軽減
させることができる。この結果、画素密度が十分に高く
ない現行のフラットディスプレイパネルを使用しても、
視点移動に伴う再生像の変化がステップ状にならず、そ
の変化が滑らかに起こるようにすることができる簡単な
構成の３次元情報再生装置を得ることができる。

【００９７】以上の効果は、現行のフラットディスプレ
イパネルを通常の姿勢で用いた３次元情報再生装置にお
いて達成でき、また、この装置は、直視型のフラットデ
ィスプレイパネルと薄型のレンズ類を用いて構成できる
ことから、上記３次元情報再生装置をコンパクトな構成
でもって低コストで容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による３次元情報再生装
置の基本構成を示す図である。

【図２】上記３次元情報再生装置の立体像再生の原理を
説明するための図である。

【図３】上記３次元情報再生装置において、各絵素から
出た光が混合される様子を説明するための図である。

【図４】上記３次元情報再生装置における、拡散板上で
混合される各絵素から出た光の光強度分布を示す図であ
る。

【図５】上記３次元情報再生装置において、各絵素から
の透過光の波長分布の一例を示す図である。

【図６】上記３次元情報再生装置において、ホログラム
レンズのレンズ特性を説明するための図である。

【図７】従来の３次元情報再生装置において、視点移動
に伴う再生像の変化を説明するための図である。

【図８】本発明の第２の実施例による３次元情報再生装
置における、拡散板上で混合される各絵素から出た光の
光強度分布を示す図である。

【図９】従来の３次元情報再生装置の構成を表す斜視図
である。

【図１０】従来の３次元情報再生装置において、立体像
再生時に見られる色ずれの現象を説明するための図であ
る。

【図１１】従来の３次元情報再生装置における、立体像
再生時に見られる黒い縞の発生現象を説明するための図
である。

【図１２】従来の他の３次元情報再生装置の基本構成を
示す図である。

【図１３】図１２に示す３次元情報再生装置における拡
散板上の投影パターンを示す図である。

【図１４】従来の３次元情報再生装置における、立体像
再生時に見られる視点移動による再生像の変化を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１フラットディスプレイパネル（カラー画像形成手
段）２シリンドリカルレンズアレイ（第２の光学手段）３ホログラムレンズアレイ（第１の光学手段）４コリメートレンズ５拡散板（画像形成部）６光源１０，１１画素１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ絵
素１２非発光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者賀好宣捷大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示を行うための光を発生する光源
と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源からの光を
変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画面上に
表示するカラー画像表示手段と、該表示画面上に表示された表示画像を、該表示画面上の
画素毎に分けて投影する第１の光学手段と、該第１の光学手段による投影光が照射されて、その投影
面上に各画素に対応した投影画像が形成される画像形成
部と、該画像形成部に形成された投影画像から、該立体画像情
報に対応した立体像を再生する第２の光学手段とを備
え、該第１の光学手段は、該カラー画像表示手段の画素を構
成する絵素の配列ピッチと同じピッチで配列された、対
応する絵素の画像を該画像形成部に投影する投影部を複
数有し、該各画素に対応する投影画像が隣同士接するよ
う、１つの画素を構成する１組の絵素の画像を該画像形
成部の同一の領域に重ねて投影するものである３次元情
報再生装置。
【請求項２】前記第１の光学手段は、前記投影部とし
てホログラムレンズを多数配列したホログラムレンズア
レイである請求項１記載の３次元情報再生装置。
【請求項３】画像表示を行うための光を発生する光源
と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源からの光を
変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画面上に
表示するカラー画像表示手段と、該表示画面上に表示された表示画像を、該表示画面上の
画素毎に分けて投影する第１の光学手段と、該第１の光学手段による投影光が照射されて、その投影
面上に各画素に対応した投影画像が形成される画像形成
部と、該画像形成部に形成された投影画像から、該立体画像情
報に対応した立体像を再生する第２の光学手段とを備
え、該第１の光学手段は、該カラー画像表示手段の画素を構
成する絵素の配列ピッチと同じピッチで配列された、対
応する絵素の画像を該画像形成部に投影する投影部を複
数有し、該各画素に対応する投影画像が隣のものと一部
重なるよう、１つの画素を構成する１組の絵素の画像を
該画像形成部の同一の領域に重ねて投影するものである
３次元情報再生装置。
【請求項４】前記第１の光学手段は、前記投影部とし
てホログラムレンズを多数配列したホログラムレンズア
レイである請求項３記載の３次元情報再生装置。