３次元表示装置

【課題】
光線再生法による３次元表示において、正方形に近い画素を持つ
２次元表示装置を用い、水平と垂直の解像度を同程度としつつ、
水平方向のみ多数の視点数を確保する。
【解決手段】
図１の４ａ〜４ｄは水平方向の面は光を吸収、
上下方向の面は反射する、薄いシリンドリカルレンズである。
光軸の方向の異なった前記の薄いレンズを縦に並べて一区画とし、
２次元表示装置上に配置するすることで、各レンズが複数の画素を
水平方向のみ結像し、さらに光軸の異なる各レンズにより、画素の
像を水平に並べることができる。この区画を表示装置上に多数並べ、
３次元表示装置とする。
光学系は、各シリンドリカルレンズごとに任意の方向の遮光層を挟む
レンチキュラーシートを作成し、水平方向に１段ずつスライスして
上下の表面を光学面に仕上げ、順番に積み重ねることで製作が可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
３次元写真の表示および３次元映像の表示。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像表示法のうちの光線再生法と呼ばれる分類に属する手法に、
レンチキュラーシートを用いる手法とインテグラルイメージングがある。
【０００３】
図２にレンチキュラーシートを用いた表示装置を示す。
７で示すレンチキュラーシートは、縦長の円筒状のレンズ（シリンドリカ
ルレンズ）が並んだ形状となっており、これを写真やディスプ
レーなどの画像表示装置の前に設置する。
【０００４】
画像表示装置には、レンチキュラーシートのレンズ１列毎に、
視野の異なる画像から垂直方向に切り出した画像を、各レンズで
左右を反転して配置する。
【０００５】
観察者の目は１本のシリンドリカルレンズの中で、画像の１ラインの
垂直方向の画素のみを見ることになるため、
左右の目で異なった像を観察することになり、視差により立体感を感じる。
【０００６】
図３にインテグラルイメージングの手法を示す。１１ａで示す
レンズ（あるいはピンホール）が１１ｂで示す非レンズ領域を挟んで
並んでおり、それぞれのレンズが画像表示装置の一部の像を空間に
結像する形となっている。
【０００７】
レンチキュラーシートを用いる手法と異なり、垂直方向にも視差を持つ。
画像表示装置の素子数が非常に多く必要となる点がデメリットとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光線再生型の３次元表示装置では、各視点から見える画像を
表示する必要があり、非常に多くの画素数が必要となる。そのため
超多素子の２次元表示装置が必要となるが、従来の３次元表示の手法
では、効率よく画素を利用出来ないという問題がある。
【０００９】
レンチキュラーシートを用いる手法では、水平方向に並んだ縦長の
円筒状のレンズ毎に、視点の異なる画像を複数並べる必要がある。
よって、一般的な印刷や画像表示装置のように正方形に近い画素を用
いる表示装置を用いると、水平方向の画像の分解能と水平方向の視
点の数の両方を確保することが困難である。
【００１０】
一方インテグラルイメージング方式における立体画像の表示は、
観察者の片方の目から見ると、１つのレンズが１つの画素のみに
相当し、１つのレンズで垂直方向も含めて視点の数の表示装置の
ピクセル数をカバーするため、多数の画素が必要となる。よって
水平方向の視差だけで目的を達する３次元表示装置には不向きで
ある。
【００１１】
これらの欠点を補う方法として画素を正方形ではなく、細長い
長方形とすることが考えられるが、２次元表示装置の超多素子化
には、正方形に近い形状の画素を用いる表示装置が有利である。
【００１２】
正方形に近い画素を用いる表示装置を用いながら、
水平方向に多数の視点を設けることができ、
かつ水平垂直の両方向に同程度の画像分解能を持つ、
３次元画像表示装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
図１に本発明の３次元画像表示装置の概要を示す。
１ａと１ｂは左右の視点の位置を表す。６の表示装置の前に４ａから
４ｄの板状のレンズ（以下、スライスレンズと称す）を敷き詰めたレンズ
群を設置し、２で示される空間に６の表示装置の画素を水平方向のみ結
像し、虚像を作る。
【００１４】
水平方向の視野をカバーするレンズの連なりを１区画と呼ぶ。
各スライスレンズは水平方向に複数の画素を含んでおり、また重なりなく、
異なる方向に画素の像を投影する光軸を持つ。
【００１５】
表示装置の前に多数の区画を設置すると、観察者のそれぞれの目は
１区画から１点ずつの光を受けることになる。両目で異なる画素の像を
みるため、レンチキュラーシートを用いる場合と同様に、立体感が得られる。
【００１６】
図４に１つのスライスレンズの形状を示す。スライスレンズは異なる
方向の光軸を持ち、側面は斜めに区切られている。
【００１７】
２２で示す上下の面は光学的な平面として研磨あるいは精密切削により
光が反射するように、金属あるいは誘電体の反射膜をコーティングされているか、
あるいは全反射を起こすように、上下の板状のレンズとの間に隙間が設け
られているものとする。２０で示される側面は、光を吸収する処置が
行われているものとする。
【００１８】
レンズは画像表示装置に近接して設置され、１５で示す各画素から射出
された光は、水平方向のレンズ表面に届かない光１９は側面に吸収され、
垂直方向に広がる光２１は、上下の面で反射を繰り返し、射出される。
射出された光は垂直方向に広がりながら、水平方向は画素の像を
空間に結像することになる。
【００１９】
図５に１区画の光線を表す図からレンズを取り除いた図を示す。
図５ではスライスレンズ１つが４画素とし、４つスライスレンズで
１つの区画を形成しているものとしている。
【００２０】
それぞれのスライスレンズは表示装置の上で画素をカバーする形で
配置されるが、垂直方向の位置が異なるため、１区画を表示する
画素の配列は図の斜線部のように階段状となる。画像を作るときは、
各区画に表示したい視野の画像を、図のように視野ごとに階段状配置する。
【００２１】
３次元表示装置の場合、人が観察する領域に限りがあるため、
各区画から発せられる視点を画面と垂直な線に対して対称にするよりも、
観察領域の中心を対称に視点が配置されることが望ましい。この場合、
区画ごとの射出光を中心に向けることで、観察可能な領域を揃える
ことが出来る。
【００２２】
図６に光学系部分の製作方法を示す。
【００２３】
まず、２７で示す細長いシリンドリカルレンズをモールドなどの手法で
１本ずつ製作するか、あるいはレンチキュラーシートとして製作してから切断する。
側面は光軸方向になる角度とする。切断はワイヤーソーを用いるか、ダイシング
ソーでブレードを斜めにして行う。
光学系の材料は光学ガラスとプラスチック系のレンズ材料の両方が使用できる。
【００２４】
前記のシリンドリカルレンズを画面の横幅に相当する長さだけ並べて、
黒色の接着剤を使用して２８に示すように板状に接着し、シリンドリカル
レンズアレーを作る。
【００２５】
区画ごとの光軸を画面中心に向ける場合、２８のシリンドリカルレンズア
レーは、一度レンチキュラーシートを
モールドにより製作したものを、角度を少しずつ変えながら切断して
黒色接着で結合することで合理的に生産することが出来る。
【００２６】
切断の際に僅かに切り残しておき、レンチキュラーシートがバラバラ
にならない形とし、隙間に黒色の接着剤を埋め込むことで工程を簡略化
することが出来る。
【００２７】
この段階で２次元画像表示装置側の平面の平坦度や粗さが十分でない場合は、
２次元画像表示装置側の平面の研磨や精密切削を行う。
【００２８】
次に図の３０で示すシリンドリカルレンズアレーの底面を研磨あるいは
精密切削により光学平面とし、３１で示す真空チャックや一時固定用の
接着材料などで固定し、
水平方向にワイヤーソーやダイシングソーにより切断する。このプロセスは
シリンドリカルレンズアレーを複数同時に処理することが可能である。
【００２９】
切断が終わった状態で上面を研磨あるいは精密切削し、上面も光学面とし、
スライスレンズアレーとする。
【００３０】
以上の手順で異なる光軸を持ったスライスレンズアレーを、順番に、
スペーサーなどで僅かに隙間を明けながら積み上げて画面の高さとし、
表示装置の前に設置する。
【００３１】
【非特許文献１】大越孝敬著「三次元画像工学」朝倉書店１９９１年
【発明の効果】
【００３２】
本発明の表示装置を用いることで、水平方向と垂直方向の分解能が
ほぼ等しい２次元の表示装置を用い、水平方向と垂直方向の分解能が
ほぼ等しい３次元表示を多視点で実現できる。
【００３３】
インテグラルイメージング方式の場合、机上に置くなど、あらるゆ
方向から観察する場合は合理的な表示方式であるが、テレビや映画
など表示装置を垂直に立て、水平方向のみの視差が必要な場合は、垂直
方向に用いる画素が無駄となる。本発明では合理的な表示を行う
ことができる。
【００３４】
具体例を示す。
２次元表示装置の水平方向の画素数＝１９２０画素、垂直方向の
画素数＝１０８０画素、
水平方向の画素サイズを０．１５ｍｍ、垂直方向の画素のサイズ
＝０．１５ｍｍ角、必要とされる水平方向の視点数ｎは１６点とする。
【００３５】
レンチキュラーシートの場合、１つのロッドレンズの水平方向に
含まれる画素数は１６となる。
水平方向の分解能は２．４ｍｍ、垂直方向の分解能は０．１５ｍｍとなる。
このとき、観察される画素数は水平方向１２０画素×垂直方向は１０８０画素となる。
【００３６】
インテグラルイメージングの場合、１つのレンズが使用する画素数を
水平方向１６画素、垂直１６画素とする。
水平方向の分解能は２．４ｍｍ、垂直方向の分解能は２．４ｍｍとなる。
このとき、観察される画素数は水平方向１２０画素×垂直方向約６７画素となる。
【００３７】
本発明では、水平方向４画素、垂直方向４画素のエリアを１区画と
する。
水平方向の分解能は０．６ｍｍ、、垂直方向の分解能は０．６ｍｍとなる。
観察される画素数は４８０画素×２７０画素となり、他の手法と比較して
合理的に表示を行うことが可能である。

【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の利用法としては、印刷物を用いた静止画と、液晶やプラズマ
ディスプレーを用いた動画の表示が考えられる。以下、実施例１に
カラー動画表示装置の例を示す。
【実施例１】
【００３９】
画面のサイズを３７インチ縦横比９：１６、高さ４６０．７５ｍｍ
幅８１９．１１ｍｍとする。
画素数は各方向７６８０×４３２０画素とし、各素子１色とする。
区画数は８５３×４８０とする。
【００４０】
ハイビジョンの表示は１９２０×１０８０の正方形の区画の中で
３色の長方形の画素３つが並んで構成されているため、
本実施例の７６８０×４３２０画素は、実在するハイビジョンの
各色の画素の約０．７５倍の辺の長さを持った正方形を並べることに
相当する。
【００４１】
１つのスライスレンズはＲＧＢの画素を縦方向に並べて収めるものとし、
水平方向には９画素をカバーする。このとき１つのスライスレンズの
幅は９．６ｍｍ、厚さは０．３２ｍｍとなる。このレンズを縦に３つ
並べて１区画とする。
【００４２】
このとき、１区画は８１画素を含み、ＲＧＢ３色を用いる場合、２７
方向に視点を持つことが出来る。
視野を６０度とし、１ｍ離れた距離で見た場合、１１５ｍｍの範囲で
画像が見られるため複数の人が同時に観察でき、
また視点の幅は４２．８ｍｍに相当し、一般的な成人の両目の間隔より
狭くなるため、視野内であれば立体視が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明による３次元表示は、レンチキュラーシートを用いる手法と同様、
水平方向のみに視差を生じる。水平方向に多数の視点を確保できる利点を
生かし、視点が上下しない環境、例えば人が移動しながら見る街頭の広告
板や駅の広告として有利な点が多いと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の３次元表示装置の原理
【図２】レンチキュラーシートによる３次元表示装置の原理
【図３】インテグラルイメージング法による３次元表示装置の原理
【図４】スライスレンズの働き
【図５】表示装置の画素と視点の関係
【図６】光学系の製作方法
【符号の説明】
【００４５】
１ａ左目
１ｂ右目
２画素毎の光線が届く領域
３光線
４レンズ群（１区画）
４ａ−４ｄスライスレンズ
５画素
６２次元表示装置
７レンチキュラーシート
８２次元表示装置の一部
９空間像
１０光線
１１レンズ
１２レンズ不透過部
１３空間像
１４光線
１５２次元表示装置の１ピクセル
１６視点
１７光線１
１８１ピクセルの空間像
１９光線２
２０側面
２１光線３
２２上・底面
２３ａ−２３ｄ１区画の表示で用いられる画素
２４２３の水平方向１区画隣の区画が使用する画素
２５２３の水平方向２区画隣の区画が使用する画素

２６２３の水平方向３区画隣の区画が使用する画素

２７シリンドリカルレンズ
２８シリンドリカルレンズアレー
２９黒色接着剤
３０底面
３１真空チャックなどの保持台
３２スライスレンズアレー
３３３次元表示用光学系

【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１の４で示すように、それぞれ異なる方向に光軸を持つ水平方向に
薄くスライスしたレンズを、垂直方向に積み重ねて１区画のレンズ群とし、
前記のレンズ群を写真や映像表示装置などの画像の前に多数並べて置き、
前記の薄くスライスしたレンズそれぞれが水平方向に視点の違う
画像や映像を表示しつつ、それぞれのレンズの光軸の違いにより、
１区画のレンズ群で水平方向に広い範囲で異なる画像や映像が見える形とし、
多数の視点で観察可能な３次元画像および３次元映像を表示する装置。
【請求項２】
請求項１で示した３次元画像および３次元映像を表示する装置の
光学系部分について、
各シリンドリカルレンズごとに光軸方向に遮光層を挟んだシート状の
レンチキュラーシートを製作する手順の後、
前記の遮光層を挟んだレンチキュラーシートを１段ずつ水平方向に
スライスして上下の表面を光学面に加工しスライスされたレンズア
レーを製作し、
以上の手順で製作した光軸が異なるスライスレンズアレーを順番に
積み重ねて固定することで製作する方法。

【図１】