立体映像表示装置

【課題】粒状感が視認されるのを低減して、高品質の立体映像を再生する立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】立体映像表示装置１０Ａにおいて、映像を出力する映像出力手段２０と、片側面に入射した前記映像を構成する各々の光線の入射角に対応して反対面から抜ける各々の光線の方向が定まる光線制御子３０と、前記反対面から抜けた前記光線を拡散させるとともに光線制御子３０の側から見て凹な形状となるように形成される拡散板４０と、を備えることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を表示する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
観賞者が特殊な眼鏡等を装着することなしに立体映像を観賞できるようにした光線再生方式の立体映像表示技術が、特許文献１に記載されている。特許文献１の技術は、複数のプロジェクタからの投射光、すなわち異なる方向から投射される投射光を重ねて光線制御子に入射させることで、該投射光に対して光線制御子を挟んで反対側の空間に再生される光線の密度を向上させ、鑑賞者が鑑賞する立体像の再現精度を向上させたものである。
ここで、光線制御子とは、マイクロレンズアレイ、レンチキュラレンズまたはフレネルレンズ、もしくは、それらの適宜組み合わせにより構成されるものであり、片側面に入射した映像を構成する各々の光線の入射角に対応して、反対面から抜ける各々の光線の方向が定まるようなものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置において、鑑賞者は光線制御子の表面を直視することによって空間に再生されている立体像を認識する。しかし特許文献１の装置では、再生された光線を適度に拡散させて空間を充填するための手段がないため、鑑賞者が光線制御子の焦点面で結像する各々の光点を直接観賞するのに近い状態となり、観賞される映像は、粒状感の高いものであった。例えば、光線制御子としてマイクロレンズアレイを用いた場合には、１つの視点から観賞した場合、マイクロレンズの個数にプロジェクタの台数を乗じた程度の個数の光点が観賞されることになるが、この光点の密度を人間が弁別不可能となる水準まで高めることは困難であるため、観賞される映像は必然的に粒状感の高いものとなっていた。
本発明の目的は、従来技術に比べて粒状感を低減させた立体映像を表示することのできる、光線再生方式の立体映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記した課題を解決するために本発明は、片側面に入射した映像を構成する各々の光線の入射角に対応して反対面から抜ける各々の光線の方向が定まる光線制御子を備えた立体映像表示装置であって、前記反対面から抜けた前記光線を拡散させるとともに前記光線制御子の側から見て凹な形状となるように形成される拡散板を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、粒状感を低減させた立体映像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る立体映像表示装置の断面図である。
【図３】拡散板の定性的な効果を説明するための説明図である。
【図４】拡散板の定性的な効果を説明するための説明図である。
【図５】拡散板の定性的な効果を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置の断面図であって、（ａ）は背の低い立体像を再生した場合の位置調節部の調節位置を示し、（ｂ）は背の高い立体像を再生した場合の位置調節部の調節位置を示している。
【図７】本発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明に係る立体映像表示装置を説明する。
図１は、第１実施形態に係る立体映像表示装置１０Aの斜視図である。
立体映像表示装置１０Aは、筐体１１に収容される映像出力手段２０と、光線制御子３０と、拡散板４０とから構成されている。
【０００９】
ここで、三次元空間中に再生された立体像Ｔは、図１に示されるように、観賞者Ｕ（Ｕ１，Ｕ２）の観察位置に依存することなく立体的に観賞することができる。
この立体像Ｔの形状は、静止している場合の他、時間的に変化する場合も取り得る。また、映像出力手段２０から供給される映像は、立体像Ｔが表示領域に形成されるように生成される。これにより、立体映像表示装置１０の周囲の任意位置における複数の観賞者Ｕに対し、立体像Ｔを同時に目視させることができる。
なお、図１においては、立体像Ｔを表示領域の中央付近に形成した場合を例示しているがあくまで一例であり、立体像Ｔが形成される位置は限定されないのは勿論である。
【００１０】
筐体１１は、上側に開口部を有する円筒形状であって、その周囲を取り囲む観賞者Ｕが見下ろす位置に、立体像Ｔが再生されるようになっている。そして、筐体１１は、映像出力手段２０の構成要素である複数の投映部２１ａ，２１ｂ…と、光線制御子３０と、拡散板４０とを、互いの位置関係が変化しないように収容している。
【００１１】
図２を参照して説明を続ける。
映像出力手段２０は、複数の投映部２１ａ，２１ｂ…から構成され、映像信号が送られる映像供給部２２が接続している。このように構成される映像出力手段２０は、光線制御子３０の片側面に映像を入射させるものである。なお、図２、前記の図１、後記の図６、図７では、複数の投映部２１ａ，２１ｂ…が平面状に配置される例を示したがこれに限定されない。
【００１２】
投映部２１ａ，２１ｂ…は、具体的にはプロジェクタであり、光線制御子３０の片側面に対して、複数、配列して構成されている。なお、図１等では、２×２の配列が示されているがこれに限定されるものではない。個々の投映部２１ａ，２１ｂ…は、映像を表示させる光線を出力する。
【００１３】
映像供給部２２は、具体的にはＰＣ（Personal Computer）である。
映像供給部２２から供給される映像は、投映部２１ａ，２１ｂ…と光線制御子３０の内部パラメタ（画角や焦点距離やレンズ配置等の、機器単体の仕様に関するパラメタ）及び外部パラメタ（設置位置や姿勢等、機器の配置に関するパラメタ）に基づいて生成された後、必要に応じて、計測によって得られる補正パラメタに基づいて、設計値からのずれを補正する幾何補正を施したものである。
【００１４】
補正に際しては、例えば、投映部２１ａ，２１ｂ…の各々から、順次、グレイコードと呼ばれる画像群を投映し、立体像Ｔが観賞される空間内の複数の地点において、それら各々のグレイコードをカメラで撮影する。このように撮影された画像群から、投映部２１ａ，２１ｂ…から投射される各光線の光路が求められる。これにより、補正パラメタが求められるため、前記幾何補正は、補正前の映像データから前記各光路に対応する位置の映像データを、補正パラメタに基づいて取得して出力することで実施すればよい。
このように、映像供給部２２から供給される映像は、内部パラメタと外部パラメタに基づいて「生成」され、必要に応じて「補正」される。
【００１５】
光線制御子３０は、マイクロレンズアレイである。ただし、本発明に適用される光線制御子３０はこれに限るものではなく、例えば、例えば、レンチキュラレンズを１枚または複数枚組み合わせて使用してもよいし、また、マイクロレンズアレイやレンチキュラレンズにフレネルレンズを組み合わせるような構成としてもよい。
このように構成される光線制御子３０は、映像出力手段２０から出力される映像の光線が片側面に入射すると、これにより、観賞者Ｕは、光線制御子３０の表面を直視しつつ立体像Ｔを三次元映像として知覚することとなる。
【００１６】
拡散板４０は、入射した光線を、拡散して通過させるもので、その拡散角は、場所に依存せず一様なものを使用することができる。この拡散板４０は、投映部２１ａ、２１ｂ…の光学特性（画角等）及び配置と、光線制御子３０の光学特性（レンズピッチや焦点距離等）及び配置と、に依存して決まる観賞画角の範囲を覆うように配置される。また拡散板４０は、光線制御子３０から物理的に離れた位置に配置される。これにより、観賞者Ｕ（図１参照）は、粒状感のない均質な立体像Ｔを観賞することができる。
なお、拡散板４０としては、例えば、樹脂系フィルムなどの基板上にミクロンレベルのホログラムパターンを掘り込んで成型されたマイクロ凹レンズ形状のパターンをランダムに配置することにより屈折作用で光を拡散させる、ビーム整形ディフューザーと呼ばれるものを使用すればよいが、これに限るものではない。
【００１７】
図３から図５を参照して拡散板４０の作用及び効果を定性的に説明する。ここで、図３，図４において拡散板４０は、平面板としている。
光線制御子３０の下側から入射する光線が平行光である場合、図３に示されるように、各々の光線は各レンズ３１の上側の焦点の位置で交差し、それら焦点が集合する焦点面Ｐが形成される。
そして、拡散板４０を設けない場合、視点位置Ｖからこの焦点面Ｐに結像した映像を直視すると、立体像Ｔは粒状感の高い映像として観賞されることになる。
そこで、視点位置Ｖと焦点面Ｐとの間に拡散板４０を挿入すると、通過する光線がこの拡散板４０に固有の拡散角で拡散することになり、観賞する立体像Ｔに認められる粒状感が低減することになる。
【００１８】
このとき、拡散角が同一である拡散板４０が、焦点面Ｐと平行に、離れた位置（Ｉ）に挿入された場合と、近い位置（ＩＩ）に挿入された場合とを対比して検討する。
この場合、拡散板４０は、位置（Ｉ）に挿入されたほうが、位置（ＩＩ）に挿入される場合に比べて、より粒状感の低減した立体像Ｔを観賞することができる。
これは、直感的には、視点位置Ｖに入射する光線群で形成される視体積Ｗと拡散板４０とが交わる断面積が狭くなるに従い、この断面積における光線密度が高くなるためであると解釈される。
【００１９】
図４は視点位置Ｖが変化する場合に伴う見え方の変化を説明するための断面図であって、焦点面Ｐ上に形成された映像を、焦点面Ｐに平行な面（III）上にある視点位置Ｖ１及び視点位置Ｖ２の各々から観賞する場合を示している。
この場合、拡散板４０を焦点面Ｐに平行となるように位置（IV）に挿入した場合には、視点位置Ｖ１に入射する光線の拡散板４０上での存在範囲の面積Ｓ１と、視点位置Ｖ２に入射する光線の拡散板４０上での存在範囲の面積Ｓ２は、等しくなる。
【００２０】
即ち、焦点面Ｐ上に形成された映像Ｓ３を焦点面Ｐに平行な面（III）上にある視点位置Ｖから観賞する場合、焦点面Ｐに平行に拡散板４０を挿入するのであれば、拡散板４０を挿入するのに適切な位置は、面（III）上の視点の位置に依存しないことを意味している。
以上の説明によれば、拡散板４０の拡散角が場所に依存せず一定であれば、拡散板４０を挿入するのに適切な位置は、焦点面Ｐと視点位置Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）との距離に依存して決定されるものであると言うことができる。
【００２１】
図５は本実施例において拡散板４０の形状を決定する方法を説明するための断面図である。この図５を参照して、この拡散板４０の形状について検討を続ける。
一般に観賞者Ｕ（図１参照）は、立体像Ｔを様々な方向から観賞しようとする場合、立体像からの距離を一定に保つことで目が焦点を合わせる距離を一定に保とうとする、及び、目に映る立体像の大きさを一定に保とうとする心理と、体の部位の物理的な移動のコストを少なくしようとする心理とが働く。
また、図３及び図４を参照した前記説明に基づけば、拡散板４０の適切な形状は、観賞者Ｕの視点位置Ｖに基づいて決定するのが好適であるといえる。
【００２２】
以下、観賞者が通常取り得る視点位置（図示せず）に基づいて拡散板４０の形状を決定する方法について説明する。
まず、立体像Ｔと視点位置との間の距離を、一定に保つことを考える。立体像Ｔの大きさが、立体像Ｔを観賞する視点位置と立体像Ｔとの間の距離に比べて、一般には十分小さいことを考慮すると、好ましい拡散板４０の形状は、例えば、面４１のような表示領域の中心位置を中心とする球面の一部として近似することができる。
つまり、拡散板４０は、その周辺部から中央部に行くに従い光線制御子（不図示）との間隔が広がるように配置されるということである。
これは、視点の移動を考えた場合に、その各々の視点位置で最適な拡散板の位置が異なるため、視野の中心位置、即ち、表示領域の中心位置と視点位置とを結ぶ直線上において、最適な距離に拡散板４０が配置されるように決定された形状である。
【００２３】
さらに、物理的な視点の移動のコストを考える。第１実施形態のようなテーブル型の立体映像表示装置１０Ａであれば、この装置の物理的な端の位置４２又は位置４３から上体を倒して立体像の上面を覗き込むような状態が自然な状態である。各々の水平位置における具体的な視点の高さは、例えば、平均的な人間のモデルを用いて計算すればよく、装置の大きさに応じて、面４１に対応する視点位置より上に位置する場合もあれば、下に位置する場合もある。本実施例では、装置の大きさは十分に大きいものとする。即ち、装置の傍らから立体像Ｔの側面を観賞する場合に比べて視点から立体像Ｔまでの距離が短くなるのが、自然な状態、即ち移動コストが低い状態である。
【００２４】
実際の視点位置の移動は、これらの要素を重み付きで混ぜ合わせたものとなる。また、設計値として与えられた観賞画角の範囲から外れた部分の視点の影響は、考慮する必要がないため、観賞画角の範囲の境界にあたる部分では、外側に向かう方向に関する拡散板４０の曲率を０にすることができる。
【００２５】
以上の説明を根拠に、本実施例の立体映像表示装置が備える拡散板４０の好適な形状は、図５に示される面４４のようなものである。即ち、拡散板の形状を、面４１よりも中心部において曲率が小さく、また、中心部から周辺部に近付くに連れてさらに曲率が小さくなるようなものとした。
なお、拡散板４０の拡散角は、投映部２１ａ、２１ｂ…と光線制御子３０の内部パラメタ及び外部パラメタに加え、以上の説明における視点位置と拡散板と焦点面との位置関係に基づき、残したい粒状感の程度（光線を混ぜ合わせ過ぎると細部の描写が潰れてしまうため、光線の適切な混ぜ合わせ具合は一般に用途依存となる）に応じて適切なものを選択する。
【００２６】
（第２実施形態）
図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置１０Ｂについて説明する（以下、アルファベットの添字Ｂを省略した符号を用いる場合がある）。第２実施形態の立体映像表示装置１０Ｂは、位置調節部５０が新たに加入した点において、第１実施形態の立体映像表示装置１０Ａと相違する。さらに、内側筐体１２において光線制御子３０と投映部２１ａ，２１ｂ…との位置関係を固定し、外側筐体１３において拡散板４０を固定するようにした。
なお、前出の共通の構成については同一の符号を付し、すでに記載した説明を援用する。
【００２７】
位置調節部５０は、外側筐体１３側に固定されるモータ５１によって軸回転するスクリュー５２が、内側筐体１２の一部に固定されているナット５３に螺合して、このモータ５１の回転量に応じ、内側筐体１２と外側筐体１３との直線方向の相対位置関係を変化させるものである。さらに、位置調節部５０は、外側筐体１３側に固定されるシャフト５４が、内側筐体１２の一部に固定されているリニアブッシュ５５に貫通し摺接することによって、内側筐体１２と外側筐体１３とが相対変位するに際し、捩れ、撓み等の直線方向以外に変位するのを防止している。
【００２８】
このように、位置調節部５０が作用することによって、光線制御子３０と、拡散板４０との位置関係を、面水平方向において固定させたまま、面垂直方向の間隔を任意に調節することができる。
これにより、図６（ａ）に示される背丈の低い骨董品のお猪口のような立体像Ｔ１と、図６（ｂ）に示される背丈の高い花瓶や仏像等の立体像Ｔ２とのように高さの差が著しい立体像Ｔを、日替わり等、時分割で入れ替えるような場合には、この位置調節部５０を動作させて対応する。
すなわち、再生する立体像Ｔの高さに合わせて拡散板４０と焦点面Ｐ（図３参照）との間の距離を調節できることにより、画像品質の優れた立体像Ｔを観賞することができる。
【００２９】
なお、拡散板４０と光線制御子３０との間隔の調節は、立体像Ｔの映像を見ながら、調節者の目視感覚を頼りに手動で行うのもよいし、表示される立体像Ｔのデータに基づいて自動で制御するようにしてもよい。
図６においては、光線制御子３０側を上下させる場合を例示したが、光線制御子３０側を上下させることなく固定構造とし、拡散板４０を図６に示す手段等で上下させる構成としてもよい。
これにより、拡散板４０の方が光線制御子３０側より軽いため、省エネを図ることができる等の効果がある。
なお、図６に示す光線制御子３０側を上下させる構成や、光線制御子３０側を固定構造として拡散板４０を上下させる構成は、目的の機能を達することができれば、図６に示す構成に限定されず、適宜選択できるのは勿論である。
【００３０】
（第３実施形態）
図７を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置１０Ｃについて説明する。なお、前出の共通の構成については同一の符号を付し、すでに記載した説明を援用する。
【００３１】
第３実施形態においては、光線制御子３０は壁面に並行配置され、筐体１４の部分は壁面に埋め込まれ、そして、映像出力手段２０は光線を水平方向に出力するように配置される。
拡散板４０Ｃは、光線制御子３０から観賞者Ｕに向かって光線が通過する部分が円筒面になっている。つまり拡散板４０Ｃは、鉛直方向の曲率が０であり、その両端（周辺部）から中央部に行くに従い光線制御子３０との間隔が広がるように形成される。これにより、観賞者Ｕの視点位置の移動が水平面内に限定され、鉛直方向の動きがほとんどない場合の立体像Ｔの再生に好適となる。
【００３２】
第３実施形態に係る立体映像表示装置１０Ｃは、壁面に展示されるショーウィンドウのような利用態様の他、テレビ等の立体動画を表示する利用態様に適用することができる。
また、拡散板４０Ｃの円筒曲面は、図７に示される水平方向に曲率を有する場合に限定されず、垂直方向に曲率を有し水平方向に曲率が０である場合も考えられる。
【００３３】
以上で説明した第１乃至第３の実施形態によれば、拡散板の形状を曲面とし、光線制御子を挟んで投映部と反対側の位置で、かつ、想定される視点の移動範囲において観賞される光線の密度が概ね等しくなるような位置に配置するようにしたことで、観賞される光線が略一様に拡散されるようになり、空間内の光線の充填度を不自然さなく向上させることができ、観賞される立体映像の品質を向上させることができる。
尚、前述した本発明の第１乃至第３の実施形態に記載の構成は、例示したものに限るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ立体映像表示装置
１１，１４筐体
１２内側筐体
１３外側筐体
２０映像出力手段
２１ａ、２１ｂ投映部
２２映像供給部
３０光線制御子
３１レンズ
４０，４０Ｃ拡散板
５０位置調節部
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２立体像
Ｕ，Ｕ１，Ｕ２観賞者

【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側面に入射した映像を構成する各々の光線の入射角に対応して反対面から抜ける各々の光線の方向が定まる光線制御子を備えた立体映像表示装置であって、
前記反対面から抜けた前記光線を拡散させるとともに前記光線制御子の側から見て凹な形状となるように形成される拡散板を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記拡散板の形状を、球面の一部としたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
前記拡散板の形状を、円筒面の一部としたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項４】
前記拡散板の周辺部の曲率を中央部の曲率に比べて小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項５】
前記拡散板と前記光線制御子との間隔を調節する位置調節部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。

【図１】