JPH0968674A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元画像表示装置に関し、特にホログラフ
ィによって３次元画像を表示し、且つ観察者の移動方向
に追従する快適で広角な視域を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 空間光変調器は左右の各片眼の観察位置
に応じたホログラム再生像を表示する専用空間光変調器
としての小型の複数空間光変調器から成り、眼位置検出
器によってホログラム再生像に対し移動する観察者の眼
の位置を検出し、それによって前記小型の複数空間光変
調器による視域が常時前記観察者の両眼に与えられるよ
うに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元画像表示装置
に関し、特に観察者の移動を検出し、追従的に画像の投
射方向をその移動位置の向きに制御し、且つ表示画像を
その移動位置に応じた画像に切り替え制御することで、
前記観察者に対して広角な視域を有し、観察者の位置に
応じて多方向の異なる視点から物体を観察できる３次元
画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特殊な眼鏡を必要としない立体画
像表示装置に関する研究が盛んに行われている。これら
は２眼式立体画像表示装置と３次元画像画像表示装置と
の２種類に大きく分けられる。

【０００３】図９は、代表的な２眼式立体画像表示装置
であるレンチキュラ板を用いた２視差画像式立体表示装
置の動作説明図である。図９において、５は観察者、そ
して２２はレンチキュラ板である。２１は前記レンチキ
ュラ板２２の裏面に投射され、映像対象物を左右２方向
から見た左右像（視差画像という）を表しており、ここ
では数字の１が右眼から見た映像を、そして数字の２が
左眼から見た映像を表している。

【０００４】図９に示すように、前記左右の眼から見た
映像１，２はそれぞれレンチキュラ板２２の各カマボコ
形状レンズの２分の１の幅を持つ短冊状の映像に分割さ
れ、左右映像の各対応部分が交互に並べられる（１，
２，１，２，・・・）。左右の眼から見た映像１，２
は、レンチキュラ板２２の各カマボコ形状レンズによっ
て菱形形状をした一定幅の同一視差画像観察域１，２内
にそれぞれ再生され、観察者５は右目用の観察域内に右
目を、そして左眼用の観察域内に左目を置くことによ
り、両眼融像された立体映像を見ることができる。

【０００５】このように、２眼式立体画像表示装置は対
象物を左右２方向から見た左右の像を両眼にそれぞれ分
離し、それらをレンティキュラー板等の指向性スクリー
ンに投射することによって立体的に対象物を観察する方
法である。しかしながら、同一視差画像観察域内には常
に同一視差画像の組み合わせからなる立体像が与えられ
るため、観察者５が左右方向に移動したとしても立体像
の側面方向の像を観察することはできず、さらに前記移
動によって観察者５の左右の眼が隣り合う別の観察域に
置かれた場合には、左右の画像と左右両眼の組み合わせ
が変化することで観察者は凹凸が反転した誤った立体像
を観察することになる。

【０００６】それに対して、３次元画像表示装置は、視
点を移動することによって異なる方向からの画像も観察
可能とするものであり、そこではおおよそ以下の３種類
の方式が採用される。第１の方式は、前述した２眼式立
体画像表示装置と同様の動作原理を用いるが、レンチキ
ュラー板に投射する画像の方向数ｎを増やす、すなわち
多視差画像とすることで側面方向等の異なる方向からの
画像も観察できるようにしたものである（以降「オート
ステレオスコピック方式」と称す）。

【０００７】また、第２の方式はホログラムのように物
体からの波面を忠実に再生する方式である（以降「ホロ
グラフィ」方式と称す）。この方式では表示像を観察で
きる範囲（以降「視域」と称す）内で物体からの波面が
忠実に再現されるため、実際にそこに物体が有るのと同
じような自然な立体感と共に、さらに両眼視差と輻輳だ
けでなく眼の焦点調節にも矛盾のない理想的な立体感が
与えられる。

【０００８】第３の方法は、一般に体積走査方式と呼ば
れるもので、例えば面の法線方向に直線移動する平面ス
クリーンに３次元像の断面像を順次投射するものであ
る。この断面像を走査する方法は、原理的に本来裏側の
像も透けて見えてしまうという問題がある。これを解決
することは不可能であるためここでは本方式についてこ
れ以上取り上げないことにする。

【０００９】図１０は、オートステレオスコピック方式
の動作説明図である。図１０は、先に説明した図９の２
眼式立体画像表示装置において対象物を正面から見た２
視差画像（図９では２，３）にさらに右側面方向の２視
差画像１，２と左側面方向の２視差画像３，４を追加し
たものである。従って、これらの各２視差画像の組み合
わせに対応する観察域１〜４に観察者５の眼が位置する
場合には、観察者５の移動によって対象物を左右側面方
向からより立体的に観察することができる。

【００１０】なお、一般には方向数ｎから１を引いた数
だけ異なる方向からの立体像を観察することができ、図
１０の例では方向数ｎ＝４であるから３つの異なる方向
からの立体像が観察できる。但し、上述したように一定
幅の同一視差画像観察領域内では同一の視差画像の組み
合わせのみから立体像が観察されるため、通常観察者５
が移動する際には若干の立体像の飛びが観察され、視差
は不連続となる。

【００１１】図１１は、ホログラフィ方式の原理説明図
である。図１１の（ａ）に示すように、干渉性の優れた
レーザ光１１を２つに分け、一方のレーザ光で立体表示
したい対象物１２を照射してその反射光としての物体光
を得る。また他方のレーザ光は記録する感光材料１５を
参照光１４として直接照明する。その結果として、感光
材料には前記物体光１３と参照光１４の干渉によって得
られる光強度の分布パターン（干渉縞）が記録される。

【００１２】図１１の（ｂ）では、現像処理後の前記感
光材料（ホログラム）１６を前記参照光１４で同様に照
明した場合を示している。この場合には、ホログラム面
により回折光が生じ、その回折光の一部が記録対象物か
らの物体光１３と全く同じ光波面になる。従って、この
回折光成分をホログラムの枠内（視域）でみる限り、観
察者は対象物からの物体光１３をみているのか、他はホ
ログラムからの回折光１７をみているのかの区別が全く
できず、観察者５は対象物１２の自然な立体像１２’を
観察することになる。

【００１３】なお、本方式においてはホログラフィに代
えて計算機合成ホログラフィの一種であるキノフォーム
を使用してもよい。図１１で説明したように、通常のホ
ログラフィは、物体光と参照光の干渉縞を記録若しくは
計算し、これを空間光変調器で再現してそこに前記参照
光を入射することによって元の物体光を再現する。それ
に対し、キノフォームでは、計算の際に参照光を使用せ
ずに空間をある面で切り取り（この面がキノフォームに
対応する）、そこを通過する物体光の進む向き（位相情
報）自体を直接計算する。その計算結果に基づいて空間
光変調器を位相変調することにより、ホログラフィと同
様に光の進む向きを再現する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述した各立体画像表
示装置はいずれも眼鏡を必要としないという利点は有る
が、いずれも３次元画像を動画表示しようとする場合に
はそれらの視域が非常に限定されたものとなるという問
題点があった。例えば、２視差画像式の立体画像表示装
置では菱形形状をもって隣り合う一定幅の同一視差画像
観察域１，２の幅が視域となり、またオートステレオス
コピック方式では幾つかの隣り合う（方向数ｎ−１）一
定幅の同一視差画像観察域の範囲が視域となる。

【００１５】さらに、ホログラフィ方式の場合には、空
間光変調器としてＬＣＤを用いる場合、光の干渉縞を電
気的に生成するＬＣＤ空間光変調器等にサブミクロレベ
ルの分解能が要求され、その視域に相当するＬＣＤサイ
ズはおのずと制限される。現状では２視差画像式とオー
トステレオスコピック方式の立体画像表示装置が実現の
容易さもあって実用化されつつあるが、その理由の１つ
に２視差画像式、オートステレオスコピック方式、そし
てホログラフィ方式と進むに連れて扱う情報量が著しく
増大し、ホログラフィ方式における空間光変調器の厳し
い要求仕様を満足させることが困難な点が上げられる。
また、２眼式立体画像表示装置では観察者が移動しても
左右方向に立体像の側面方向の像を観察することはでき
ないという大きな問題がある。

【００１６】この視域が非常に狭いという問題を解決す
るために、例えば特開平１−３１７０９１に観察者の任
意位置への移動を検出し、それに追従して表示像を切り
替え制御することで視域を広げようとする試みが開示さ
れている。この方法を用いれば、２眼式立体画像表示装
置においても、観察者の左右方向の移動に伴う立体像の
側面方向の像を観察することが可能となる。しかしなが
ら、表示像を切り替えることによって視域拡大を行う場
合には、観察者の移動後の位置を検出してからその位置
に対応する表示像へ切り替えるまでタイムラグの発生を
考慮する必要がある。

【００１７】例えば、２視差画像式の立体画像表示装置
の場合には、上記タイムラグにより観察者はまず初めに
観察者が移動しているにも係わらず視域内で同一の視差
画像からなる視差の変化しない立体像を見た後、わずか
な時間をおいて本来観察すべき方向からの立体像を観察
することになる。オートステレオスコピック方式におい
ては、タイムラグが存在しても視域内で視点の変化した
再生像を観察することは可能である。しかし、同一視差
画像観察域自体がある面積をもっているので視点移動時
の像の飛びは避けられず、このため観察者の移動感覚と
観察される像の動きの完全な一致は得られない。

【００１８】このような場合には、観察者自身の移動の
感覚と観察される立体像の動きとが互いに一致せず、観
察者は生理的に不安定な状態となって船酔いにも似た極
度の不快感を感じるという新たな問題が生じる。なお、
現在の技術レベルで観察者が表示切り替わりのタイムラ
グをほとんど感じない程の高速制御を行うことは殆ど困
難と思われている。

【００１９】上述した生理的不快感を解決するために
は、本来的に自然な立体像を表示するホログラフィ方式
を採用することが考えられる。ホログラフィ方式の場合
には、表示像の切り替り前は視域内における各移動位置
から自然な３次元像が観察でき、そして表示像の切り替
り後も、その位置を中心とした視域の範囲内で再び自然
な３次元像が観察できるため、多少のタイムラグがあっ
ても常に切れ目の無い連続した自然な３次元像が観察で
きるからである。

【００２０】なお、このことはホログラフィ方式が表示
切り替わり制御によって視域を広げる場合に有効な方式
であることを示しているにすぎず、この場合にも上記２
方式に比べて扱う情報量が非常に多いために空間光変調
器への要求仕様が非常に厳しくなるというホログラフィ
方式自体の問題点は依然としてそのまま存続している。

【００２１】そこで本発明の目的は、観察者の移動に伴
い立体側の側面方向の側を観察できる３次元画像表示装
置において、ホログラフィ方式による自然な３次元画像
の表示と観察者の位置検出に基づく表示画像の切り替え
制御とを行うことによって、視域の拡大及び画像切り替
え時のタイムラグによる生理的不快感の解消を同時に達
成し、且つ前記観察者の位置検出との関連で空間光変調
器に対する要求仕様を著しく軽減させた構成から成る３
次元画像表示装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ホログ
ラム再生像を表示するための空間光変調器と、前記空間
光変調器によって表示されるホログラム再生像の投射方
向を任意の方向に回転させる投射方向回転装置と、前記
投射方向回転装置による画像の投射方向と同期して前空
間光変調器により再生される画像を切り替える画像制御
装置と、前記空間光変調器によって再生されるホログラ
ム再生像を見る観察者の両眼の位置を検出する眼位置検
出器とを備え、前記空間光変調器は、左右の各片眼の観
察位置に応じたホログラム再生像を表示する専用空間光
変調器としての小型の複数空間光変調器から成り、前記
眼位置検出器により検出されたホログラム再生像を中心
とする同一半径球面上を移動する観察者の眼の位置に応
じて、前記小型の複数空間光変調器による視域が常時前
記観察者の両眼に与えられるように前記投射方向回転装
置を制御し、且つ前記移動位置に応じたホログラム再生
像が与えられように前記画像制御装置を制御する３次元
画像表示装置が提供される。

【００２３】また本発明によれば、前記空間光変調器
は、左右の各片眼の観察位置に応じたホログラム再生像
を表示する専用空間光変調器としての小型の複数空間光
変調器から成ると共に互いの間隔を制御する機構を有
し、前記眼位置検出器により検出されたホログラム再生
像を中心とする球面半径方向を移動する観察者の眼の位
置に応じて、前記小型の複数空間光変調器による視域が
常時前記観察者の両眼に与えられるように前記機構を制
御し、且つ前記移動位置に応じたホログラム再生像が与
えられように前記画像制御装置を制御する３次元画像表
示装置が提供される。なお、本装置と先の装置とを組み
合わせて任意の移動方向に視域をさらに拡大させること
もできる。

【００２４】さらに本発明によれば、前記空間光変調器
は、左右の各片眼の観察位置に応じたホログラム再生像
を表示する専用空間光変調器としての小型の複数空間光
変調器から成ると共に同一半径球面に沿って移動できる
機構及び前記複数空間光変調器の互いの間隔を制御でき
る機構を有し、前記眼位置検出器により検出されたホロ
グラム再生像に対し任意の方向に移動する観察者の眼の
位置に応じて、前記小型の複数空間光変調器による視域
が常時前記観察者の両眼に与えられるように前記各機構
を制御し、且つ前記移動位置に応じたホログラム再生像
が与えられように前記画像制御装置を制御する３次元画
像表示装置が提供される。

【００２５】さらにまた本発明によれば、前記小型の複
数空間光変調器は、それぞれ前記複数空間光変調器から
の各映像を所定の再生映像位置に収束させ、それらを縮
小投影するための収束光学系用のレンズを対として用い
ることができる。そして、像の再生手法であるホログラ
フィに代えてキノフォームを用いることもできる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による３次元画像
表示装置の一実施例の概念的に示したものである。図２
は、図１の３次元画像表示装置の基本的な装置ブロック
構成例を示したものである。図１及び図２において、３
次元画像表示装置は主として、ホログラフィ方式に基づ
く３次元像６を表示するための複数小型空間光変調器１
と、前記空間光変調器によって表示される３次元像６の
投射方向を任意の方向に回転させる投射方向回転装置２
と、前記投射方向回転装置による画像の投射方向と同期
して前記空間光変調器により再生される画像を切り替え
る画像制御装置３と、前記画像表示器に表示された３次
元像６を見る観察者５の位置を検出する眼位置検出装置
４、及びこれらを制御する制御装置６とからなる。図２
に示すように制御装置６は一般的なＣＰＵ回路からな
る。

【００２７】ここで、まず図３及び図４を用いて本発明
におけるホログラフィの技術を用いて３次元像を再生す
る場合の空間光変調器への要求仕様を軽減させる方法の
原理について説明しておく。図３は、本発明による小型
の複数空間光変調の原理説明図であり、そして図４に
は、前記複数空間光変調とそれぞれ対をなす本発明によ
る小型の複数収束光学系用のレンズの一例が示されてい
る。

【００２８】先に図１１で説明したように、ホログラフ
ィにおいては空間光変調器で回折された光の干渉により
空間に像を再生する。空間光変調器としては例えば液晶
パネル、ＡＯＭ（Acousto Optical Modulator:音響光学
素子) 等が用いられるが、これらにより回折される光の
回折角が小さいため、一般にはレンズによる縮小投影を
行うことが望ましいとされている。

【００２９】図３の（ａ）は１個の大きな空間光変調器
４１と縮小投影用のレンズ７を用いて３次元像を再生・
観察する状態を示している。図３の（ａ）において観察
者５は両眼を視域４３内に位置させることで自然な立体
感を伴って３次元像を観察することができる。ただこの
場合観察者の眼の位置以外の部分、例えば鼻の位置等は
像の観察には全く寄与せず、実際問題として眼の位置近
傍にのみある程度の幅を持った視域が存在すれば十分で
ある。

【００３０】即ち、図３の（ｂ）に示すように複数の小
型空間光変調器１−１、１−２を用いて、それぞれを観
察者の左右の眼に対するホログラム再生専用の空間光変
調器とし、観察者の眼の位置近傍にのみ視域８−１，８
−２を確保することで空間光変調器に要求される仕様を
軽減することができる。ただしこの場合、それぞれの空
間光変調器で再生される３次元像の再生範囲４２の中心
が、互いに一致するように各空間光変調器を配置するこ
とが肝要である。なお、以上の議論がホログラフィのみ
ならず、前述したキノフォーム方式でも成立することは
いうまでもない。

【００３１】ところで３次元画像コンファレンス’９４
講演論文集４−５に示されているように、通常再生され
る３次元画像のサイズと視域角（本発明では複数の空間
光変調器１−１，１−２から再生される片眼用の３次元
画像を観察できるそれぞれの視域８−１，８−２におい
て、視域の両端がなす角）の間には背反関係があり、３
次元画像のサイズが大きくなると視域角は小さくなり、
逆に視域角を大きくすると再生される３次元画像のサイ
ズは小さくなる。

【００３２】それぞれの空間光変調器１−１，１−２に
対し縮小投影用の例えばレンズ７を用いた場合、視域角
は主に空間光変調器１−１，１−２の大きさに比例し、
前記レンズ７の焦点距離に反比例する。一方で再生され
る３次元画像６のサイズは前記レンズ７の焦点距離に比
例するため、大きな３次元画像を得るためには前記レン
ズ７の焦点距離を長くする必要がある。

【００３３】従って、視域角を大きくするために空間光
変調器１−１，１−２の大きさはある程度大きくする必
要があり、図１及び図３の（ｂ）で示したような前記複
数空間光変調器１−１，１−２を１つのレンズ即ち収束
光学系用のレンズ７でカバーすることは、レンズ７の加
工が困難となる。

【００３４】そこで図４に示すように前記複数空間光変
調器１−１，１−２それぞれに専用の収束光学系用の小
型レンズ７−１，７−２を用意し、それぞれの組み合わ
せを一纏まりとすることでレンズ加工を容易にすること
ができる。なお、図４ではレンズ７−１，７−２と空間
光変調器１−１，１−２のそれぞれの組み合わせが干渉
しないように、一方の中心軸をハーフミラー７１で折り
曲げる一例を示している。

【００３５】図１に戻って、図１には前述のように前記
空間光変調器１を縮小投影するための収束光学系用のレ
ンズ７が記載してある。レンズ７の光軸に対して前記複
数小型空間光変調器１の出射面の法線が平行になるよう
に配置されている。前記投射方向回転装置２は前記空間
光変調器１により表示される３次元像６を反射させるミ
ラー（図示せず）からなる。

【００３６】前述のように前記複数小型空間光変調器１
は、それぞれ観察者５の左右の眼と対応する空間光変調
器１−１，１−２で再生される３次元像６の再生範囲の
中心が一致するように配置されるものとする。話を簡単
化するため、互いの３次元像６の再生範囲の中心はレン
ズ７の光軸上にあるものとするが、これは本発明の必要
条件ではない。

【００３７】前記投射方向回転装置２は前記空間光変調
器１により再生される３次元像６の中心にミラー反射面
が位置するようにし、且つレンズ７の光軸に対し水平方
向にはミラーの法線が４５°傾斜した状態を、垂直方向
にはミラー法線が光軸と一致する状態を中立状態（観察
者の位置検出を行う前の初期状態）とすることで、前記
投射方向回転装置２により拡大できる視域角を達成する
ためのミラーサイズを最小化することができる。空間光
変調器１に入力する表示画像データは、ホログラフィに
おいては例えばＣＧＨ(Computer Generated Hologram)
の手法を用いて作成することができる。ただし、ミラー
の法線と光軸とのなす角４５°を中立状態とすることは
本発明の必要条件ではない。

【００３８】図５は、観察者５が３次元像を中心に同一
半径球面上を移動する場合の本発明による視域拡大の説
明図である。図５において、空間光変調器１で再生され
る３次元画像６の回転中心を基準とした球座標で、同一
半径球面に沿って観察者５が移動する場合に、前記眼位
置検出器にて観察者５の眼の位置を検出し、観察者５の
方向に前記投射方向回転装置２を用いて３次元画像６の
投射方向を合わせる。

【００３９】即ち、観察者５の上下方向への移動に対し
ては水平軸を中心に回転制御し、また観察者５の左右方
向への移動に対しては垂直軸を中心に回転制御する。そ
れと並行して、前記各移動後の位置に対応した３次元画
像６を画像制御装置３によって表示する。従って、本構
成によれば、前記球座標の同一半径球面に沿って観察者
に対する視域を拡大することができる。

【００４０】次に、図６及び図７を用いて観察者が３次
元像に対し近接・離反方向へ移動する場合の視域の拡大
方法について説明する。図６は、本発明による視域を接
近／離反方向へ拡大するための原理構成を示しており、
また図７は、図６の構成を図１の３次元画像表示装置に
適用した場合の一例を示している。

【００４１】図６は、観察者５が３次元像に対し接近／
離反する例を示しており、この場合には図３の（ｂ）で
示したそれぞれの空間光変調器１−１，１−２で再生さ
れる３次元像４２の視域幅８−１，８−２は非常に大き
くしておく必要がある。即ち、３次元画像の視域の中心
軸は互いに一定の角をなして広がっており、且つ視域自
体中心軸に対し一定角度で放射状に広がっているため、
３次元画像近傍では視域の中心軸のなす間隔、視域幅共
に狭く、３次元画像から離れるに従って視域の中心軸の
なす間隔、視域幅ともに広がっていくからである。

【００４２】このことは、図７に示す両眼の瞳孔間隔が
一定である観察者５が前記球座標半径方向へ移動する場
合にも同様に適用される。即ち、両眼の瞳を視域幅内に
含むためには、３次元画像の視域幅自体を非常に大きく
する必要がある。これは空間光変調器１−１，１−２の
大型化を要求することであり、空間光変調器の要求仕様
が厳しくなることを意味する。以下では図７を用いて
（図６も同様である）空間光変調器を大型化することな
く観察者の球座標半径方向に沿っての視域を拡大できる
ことについて説明する。

【００４３】図７には前記球座標で半径にそって観察者
が移動する場合に、観察者の位置に対し前記空間光変調
器で空間光変調器を大型化することなく、再生される３
次元像の視域を最適位置に制御するための概念図を示し
ている。図７から観察者が３次元画像６に接近する場合
はそれぞれの空間光変調器により再生される３次元画像
の視域の中心軸のなす角を大きくし、離反する場合は３
次元画像の視域の中心軸のなす角を小さくするればよい
ことが分かる。

【００４４】このことは、空間光変調器を縮小投影する
ためのレンズ７を用いた本実施例においては前記複数小
型空間光変調器の間隔を前記レンズ７の光軸を中心に対
象に変化させることに相当し、それによって上記３次元
画像６の視域の中心軸がなす角度を変化させることがで
きる。従って、前記眼位置検出器にて観察者の眼の位置
を検出し、眼の位置に合わせ前記空間光変調器の間隔６
１（接近の場合），６２（離反の場合）を制御すること
で、観察者５の位置に３次元画像６の視域の中心を合わ
せることができる。勿論前記複数小型空間光変調器の出
射面の法線がレンズの光軸となす角度を変化させること
も、また前記複数小型空間光変調器の出射面の法線がレ
ンズの光軸となす角度を同時に変化させることも有効で
ある。

【００４５】図８は、本発明による３次元画像表示装置
の別の実施例を示している。図８の実施例においては、
小型空間光変調器１−１，１−２と収束光学系用のレン
ズ７を一対にして移動させる場合を示しており、前記空
間光変調器１−１，１−２とレンズ７−１，７−２の組
み合わせの各々が作る中心軸を、空間光変調器によって
再生される３次元画像６の中心にて交差するように角度
を持たせて配置し、且つ前記角度を観察者の前記球座標
半径方向の位置に合わせて制御するものである。

【００４６】これによって、３次元画像に対する観察者
５の接近の場合（６２の配置）及び離反の場合（６１の
配置）に加えて、観察者５の任意方向の移動にも対応で
きることを示している。このような構成とすることで図
１の投射方向回転装置１の省略が可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上、本発明によれば観察者の位置を検
出し追従して画像の投射方向と表示画像を切り替えるこ
とで視域を拡大するという方法はそのまま採用するもの
の、追従で避けられないタイムラグにより発生する生理
的不快感の問題を、３次元画像の表示方法即ちホログラ
フィ及びキノフォームを用いることで解消することを行
っている。

【００４８】そして、ホログラフィ及びキノフォーム方
式３次元画像表示装置において空間光変調器への要求仕
様が厳しくなる問題については、空間光変調器を複数小
型空間光変調器に置き換え、且つ眼位置検出器により検
出される眼の位置にのみ３次元像の視域を確保できるよ
うに投射方向回転装置、画像切り替え装置及び空間光変
調器位置角度関係を制御することで、全体として必要と
なる空間光変調器を削減することができる。

【００４９】また空間光変調器を縮小投影する収束光学
系用のレンズを用いる場合は、収束光学系用のレンズを
複数小型化しそれぞれを前記空間光変調器と組み合わせ
ることで、収束光学系用のレンズの要求仕様を軽減する
ことができる。

【００５０】それに加えて、それぞれの空間光変調器と
収束光学系用のレンズの組み合わせの中心軸が、空間光
変調器によって再生される３次元画像の中心にて交差す
るように角度を持たせて配置し、加えて前記角度を観察
者の３次元画像に対する前後方向の位置に合わせて制御
することで、３次元画像に観察者の３次元画像への接近
・離反に対し、空間光変調器への要求仕様を増すことな
く対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３次元画像表示装置の一実施例の
構成概念図である。

【図２】図１の３次元画像表示装置の基本的な装置ブロ
ック構成図である。

【図３】本発明による小型空間光変調器の説明図であ
る。

【図４】発明による収束光学系用のレンズを複数小型レ
ンズで構成した一例を示した図である。

【図５】観察者が３次元像を中心に同一半径球面上を移
動する場合の本発明による視域拡大の説明図である。

【図６】観察者が３次元像に対し接近／離反方向に移動
する場合の本発明による視域拡大の説明図である。

【図７】観察者が３次元像を中心とした半径方向に移動
する場合の本発明による視域拡大の説明図である。

【図８】本発明による３次元画像表示装置の別の実施例
の構成概念図である。

【図９】２視差画像式立体表示装置の動作説明図であ
る。

【図１０】オートステレオスコピック方式の動作説明図
である。

【図１１】ホログラフィ方式の原理説明図である。

【符号の説明】

１−１，１−２…小型空間光変調器 ２…投射方向回転装置 ３…画像制御装置 ４…眼位置検出器 ５…所望３次元（立体）画像を観察できる観察者 ６…制御装置 ７，７−１，７−２…収束光学系用のレンズ ８−１…右眼用の視域 ８−２…左眼用の視域 １１…レーザ １３…物体光 １４…参照光 １６…ホログラム感光材 １７…回折光 ２１…レンチキュラ板に投影する２方向視差入力画像 ２２…レンチキュラ板 ３１…レンチキュラ板に投影する複数方向視差入力画像 ４１…大型空間光変調器 ４２…３次元画像再生領域 ６１…観察者が３次元像に接近している場合の複数空間
光変調器の位置関係 ６２…観察者が３次元像に離反している場合の複数空間
光変調器の位置関係 ７１…ハーフミラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラム再生像を表示するための空間
   光変調器と、 前記空間光変調器によって表示されるホログラム再生像
   の投射方向を任意の方向に回転させる投射方向回転装置
   と、 前記投射方向回転装置による画像の投射方向と同期して
   前記空間光変調器により再生される画像を切り替える画
   像制御装置と、 前記空間光変調器によって再生されるホログラム再生像
   を見る観察者の両眼の位置を検出する眼位置検出器とを
   備え、 前記空間光変調器は、左右の各片眼の観察位置に応じた
   ホログラム再生像を表示する専用空間光変調器としての
   小型の複数空間光変調器から成り、前記眼位置検出器に
   より検出されたホログラム再生像を中心とする同一半径
   球面上を移動する観察者の眼の位置に応じて、前記小型
   の複数空間光変調器による視域が常時前記観察者の両眼
   に与えられるように前記投射方向回転装置を制御し、且
   つ前記移動位置に応じたホログラム再生像が与えられよ
   うに前記画像制御装置を制御することを特徴とする３次
   元画像表示装置。
2. 【請求項２】 ホログラム再生像を表示するための空間
   光変調器と、 前記空間光変調器によって再生されるホログラム再生像
   を見る観察者の両眼の位置を検出する眼位置検出器と、 前記眼位置検出器の出力に合わせて再生される画像を切
   り替える画像制御装置とを備え、 前記空間光変調器は、左右の各片眼の観察位置に応じた
   ホログラム再生像を表示する専用空間光変調器としての
   小型の複数空間光変調器から成ると共に互いの間隔を制
   御する機構を有し、前記眼位置検出器により検出された
   ホログラム再生像を中心とする球面半径方向を移動する
   観察者の眼の位置に応じて、前記小型の複数空間光変調
   器による視域が常時前記観察者の両眼に与えられるよう
   に前記機構を制御し、且つ前記移動位置に応じたホログ
   ラム再生像が与えられように前記画像制御装置を制御す
   ることを特徴とする３次元画像表示装置。
3. 【請求項３】 ホログラム再生像を表示するための空間
   光変調器と、 前記空間光変調器によって再生されるホログラム再生像
   を見る観察者の両眼の位置を検出する眼位置検出器と、 前記眼位置検出器の出力に合わせて再生される画像を切
   り替える画像制御装置とを備え、 前記空間光変調器は、左右の各片眼の観察位置に応じた
   ホログラム再生像を表示する専用空間光変調器としての
   小型の複数空間光変調器から成ると共に同一半径球面に
   沿って移動できる機構及び前記複数空間光変調器の互い
   の間隔を制御できる機構を有し、前記眼位置検出器によ
   り検出されたホログラム再生像に対し任意の方向に移動
   する観察者の眼の位置に応じて、前記小型の複数空間光
   変調器による視域が常時前記観察者の両眼に与えられる
   ように前記各機構を制御し、且つ前記移動位置に応じた
   ホログラム再生像が与えられように前記画像制御装置を
   制御することを特徴とする３次元画像表示装置。
4. 【請求項４】 ホログラム再生像を表示するための空間
   光変調器と、 前記空間光変調器によって表示されるホログラム再生像
   の投射方向を任意の方向に回転させる投射方向回転装置
   と、 前記空間光変調器によって再生されるホログラム再生像
   を見る観察者の両眼の位置を検出する眼位置検出器と、 前記眼位置検出器の出力に合わせて再生される画像を切
   り替える画像制御装置とを備え、 前記空間光変調器は、左右の各片眼の観察位置に応じた
   ホログラム再生像を表示する専用空間光変調器としての
   小型の複数空間光変調器から成ると共に互いの間隔を制
   御する機構を有し、前記眼位置検出器により検出された
   ホログラム再生像に対し任意の方向に移動する観察者の
   眼の位置に応じて、前記小型の複数空間光変調器による
   視域が常時前記観察者の両眼に与えられるように前記機
   構及び前記投射方向回転装置を制御し、且つ前記移動位
   置に応じたホログラム再生像が与えられように前記画像
   制御装置を制御することを特徴とする３次元画像表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記小型の複数空間光変調器は、それぞ
   れ前記複数空間光変調器からの各映像を所定の再生映像
   位置に収束させ、それらを縮小投影するための収束光学
   系用のレンズを対として有する請求項１から４のいずれ
   か一項に記載の３次元画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記３次元画像表示装置において、像の
   再生手法であるホログラフィに代えてキノフォームを用
   いる請求項１〜５のいずれか一項に記載の３次元画像表
   示装置。