(57)【要約】【課題】立体映像を滑らかに知覚させる。【解決手段】本発明の裸眼立体視ディスプレイは、複数台のプロジェクタ、それらのプロジェクタから投映された映像の光線を集光するマイクロレンズアレイ、およびマイクロレンズアレイにより集光された光線を拡散する拡散板を有する。拡散板は、マイクロレンズアレイとの距離に応じた拡散角を有する。また拡散板は、マイクロレンズアレイを構成する複数の微小レンズによる光線の複数の集光点の間に仮想的な集光点を形成するように配置される。【選択図】図１２
2010122424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のプロジェクタ、前記複数台のプロジェクタから投映された映像の光線を集光するマイクロレンズアレイ、および前記マイクロレンズアレイにより集光された前記光線を拡散する拡散板を設けたことを特徴とする裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項２】
前記拡散板は、前記マイクロレンズアレイとの距離に応じた拡散角を有することを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項３】
前記拡散角を前記距離に反比例させることを特徴とする請求項２記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項４】
前記拡散板は、前記マイクロレンズアレイを構成する複数の微小レンズによる前記光線の複数の集光点の間に仮想的な集光点を形成するように配置されることを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項５】
前記拡散板を、前記マイクロレンズアレイを構成する複数の微小レンズの焦点距離よりも前記マイクロレンズアレイから離れた位置に配置することを特徴とする請求項４記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裸眼で立体視可能な立体映像を表示するディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイの高付加価値化として、立体映像を表示する立体視ディスプレイの市場が活性化しており、偏向メガネなどのデバイスを装着せずに、裸眼で観測することのできる立体映像を表示する裸眼立体視ディスプレイの開発も盛んである。その裸眼立体視を実現する技術として非特許文献１に記載のインテグラル・フォトグラフィ方式（以下ＩＰ方式）があり、ＩＰ方式は縦方向にも横方向にも立体感を再現する技術である。
【０００３】
ＩＰ方式に基づく立体視ディスプレイにおいては、ＩＰ方式で用いるマイクロレンズアレイの構成要素である１つの微小レンズを通過する制御可能な光線数が多ければ多いほど、表示する立体映像の観測可能な範囲を広く設計できたり、単位視野角範囲内に含まれる制御可能な光線数の増加による視点位置変化に対する立体映像の滑らかな変化を実現できたりするなど、立体視ディスプレイの性能を向上させることができる。
【０００４】
既存の２次元ディスプレイデバイスである液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットディスプレイをＩＰ方式に適用する場合は、制御可能光線数を増加するためにフラットディスプレイの画素配置密度がなるべく高いものを用いる必要があるが、微小レンズ１つあたりの光線数を十分確保するためには、製造可能な２次元ディスプレイデバイスの画素密度では不足しているのが現状である。
【０００５】
それに対し、特許文献１では、マイクロレンズアレイの背面に表示する２次元映像の解像度を向上させるために、多数のプロジェクタの映像をタイル状に高密度に投射して、既存デバイスでは実現できないような高解像度の２次元映像を生成し、微小レンズ１つあたりがカバーする２次元映像の画素数を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２では、多数のプロジェクタの映像を重畳させることで１つの微小レンズを通過する制御可能な光線数を増加させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７９８９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９５２４号公報
【非特許文献１】M.G.Lippmann,“Epreuves reversibles donnant la sensation du relief,” J.de Phys., vol.7, 4th series, pp.821-825, November 1908.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、多数のプロジェクタの映像をタイル状の並べることで２次元ディスプレイデバイスの製造限界による課題を解決するものであるが、近距離に高解像度の映像を投映するために解像度の高い高価な投映レンズが必要となったり、画素の像を形成するために合焦面に設置する拡散スクリーンに関して光学的な製造限界が存在したりする。
【０００８】
特許文献２に記載の技術は、多数のプロジェクタの映像を重畳させることで２次元ディスプレイデバイスの製造限界による課題を解決し、プロジェクタの台数を変更することで立体映像の解像度や立体感をスケーラブルに変化させることも可能な技術である。この技術には小型のプロジェクタが必要となるが、近年、携帯機器向け用途などで小型プロジェクタやレーザプロジェクタの市場が形成されてきており、特許文献１の技術と比べるとハードウェアの製造限界を問題視する必要はない。しかし、この技術における立体映像の画質は立体映像表面が粒状に知覚され、滑らかさに欠けるという課題がある。
【０００９】
ここで、特許文献２の技術に関して簡単に説明する。図１および図２は、特許文献２の一実施形態の概要を説明する図である。１はプロジェクタであり、ここでは９台のプロジェクタを縦横に配置している。マイクロレンズアレイ２は微小レンズを並べたものであり、プロジェクタと観察者の間に設置する。このマイクロレンズアレイは図２のように、横方向のレンチキュラレンズ２０と縦方向のレンチキュラレンズ２１を重ね合わせたものを用いてもよい。この構成において各プロジェクタから適切な映像を投映し、レンズアレイの各微小レンズで各プロジェクタの対応部分の光線を制御し、観察者の右目３と左目４にそれぞれ適切な光線５および光線６を導くことで、観察者は立体映像を観察することができるようになる。
【００１０】
このとき、レンズアレイ周辺の光線は概略的には図３のようになっている。この図では、３台のプロジェクタによって、光線３０２ａに平行な光線群、光線３０３ａに平行な光線群、光線３０４ａに平行な光線群がレンズアレイ２に入射されている。平行光線を入射させるには、厳密にはレンズアレイ２の前にフレネルレンズなどの光線制御機構が必要となるが、ここでは省略し、概略的に平行とみなしている。この時、例えば光線３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃは、レンズアレイ２の微小レンズによって点３０２に集光した後にそれぞれの方向へ広がっていく。同様に、光線３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃは点３０３に集光し、光線３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃは点３０４に集光する。観察者３００は範囲３０１に並ぶ集光点から広がる光線を見ることになるが、集光点は図示するように離散的に分布することから立体映像の画質が粒状に知覚されることになる。尚、プロジェクタの台数を増やして範囲３０１の集光点の数を増やすことで離散的な分布を密にすることは可能だが、プロジェクタ自体の大きさや設置場所に物理的限界があり、コストも高くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の裸眼立体視ディスプレイは、複数台のプロジェクタ、それらのプロジェクタから投映された映像の光線を集光するマイクロレンズアレイ、およびマイクロレンズアレイにより集光された光線を拡散する拡散板を有する。
【００１２】
本発明の望ましい他の態様は、拡散板は、マイクロレンズアレイとの距離に応じた拡散角を有する。
【００１３】
本発明の望ましいさらに他の態様は、拡散板は、マイクロレンズアレイを構成する複数の微小レンズによる光線の複数の集光点の間に仮想的な集光点を形成するように配置される。
【発明の効果】
【００１４】
マイクロレンズアレイと観察者の間に拡散板を設置することで、観察者の目に入射する光線を補間し、立体映像を滑らかに知覚させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。それぞれの図において同じ符号は同じものを示す。
【００１６】
図４は、裸眼立体視ディスプレイにフレネルレンズ７を追加した裸眼立体視ディスプレイの装置構成を示す。図４を用いて、生成する立体映像を構成する光線の性質について説明する。本実施形態では、縦横合計９台のプロジェクタ１を配置しているが、プロジェクタの台数および配置に関して他の構成を用いても構わない。フレネルレンズ７は、凸レンズ相当の光学系機能を提供し、フレネルレンズ面がプロジェクタ１の投映像の合焦面となるように配置する。マイクロレンズアレイ２は、フレネルレンズ７を挟んでプロジェクタの設置される側とは反対側に設置され、フレネルレンズ７と平行に配置される。本実施形態ではフレネルレンズ７を用いて説明するが、例えば単一の凸レンズなどフレネルレンズと等価な光学特性を持つ光学系を用いても構わない。また、マイクロレンズアレイに関しては、図２に示したようなレンチキュラレンズを交差した光学系を用いても構わない。観察者４０は、９台のプロジェクタから投映されフレネルレンズ７、マイクロレンズアレイ２を通過した光線を見ることで立体映像を観察する。
【００１７】
図５は、図４の装置をフレネルレンズ７の中心を通る水平面内で描いた断面図である。マイクロレンズアレイ２とフレネルレンズ７は平行に配置されている。断面上に配置されている３台のプロジェクタ３０、３１、３２はフレネルレンズ７の面に対して平行に並べられており、各プロジェクタの投映レンズの中心は同一平面Ｌｐ上にある。フレネルレンズ７のレンズ中心を通る、レンズに平行な面をＬ７とし、マイクロレンズアレイ２を構成する各微小レンズのレンズ中心を通る平面をＬ２とする。また、マイクロレンズアレイ２を構成する各微小レンズの焦点距離をｆ２とし、フレネルレンズ７の焦点距離をｆ７とする。また、面Ｌ２と面Ｌ７の距離をＨｍとし、面Ｌ７と面Ｌｐの距離をＨｐとする。ここで、Ｈｐとｆ７を等しくし、Ｈｍとｆ２を等しくする。また、この図において各光線は主光線のみを描写してある。
【００１８】
この時、プロジェクタ３０から、フレネルレンズ７およびマイクロレンズアレイ２の中心から左右対称に像を投映すると、プロジェクタ３０の投映像の中央の主光線５０１は、フレネルレンズ７のレンズ中心に垂直に入射しそのまま垂直に通過し、マイクロレンズアレイ２へ入射する。プロジェクタ３０の投映像の左端の主光線５０２や、右端の主光線５０３は、フレネルレンズ７に角度を持って入射するが、レンズ効果によってフレネルレンズ７の面から垂直に出射し、マイクロレンズアレイ２に垂直に入射する。すなわち、プロジェクタ３０の投映像の各画素の主光線は、フレネルレンズ７のレンズ面に垂直な平行光線群として、マイクロレンズアレイ２へ導かれる。
【００１９】
プロジェクタ３１に対しては、フレネルレンズ７のレンズ中心位置に、プロジェクタ３１の投映像の中央の主光線５１１が角度θで入射するように投映位置を調整する。主光線５１１はフレネルレンズ７のレンズ中心を通過するので、入射角度θと同じ角度θでフレネルレンズ７から出射しマイクロレンズアレイ２へ入射する。プロジェクタ３１の投映像の左端の主光線５１２や、右端の主光線５１３は、レンズ効果によってフレネルレンズ７の面から角度θで出射し、マイクロレンズアレイ２に入射する。すなわち、プロジェクタ３１の投映像の各画素の主光線は、フレネルレンズ７のレンズ面から角度θの平行光線群として、マイクロレンズアレイ２へ導かれる。
【００２０】
プロジェクタ３２は、プロジェクタ３１に対してプロジェクタ３０を挟んで対称の位置に設置されているため、投映像の各画素の主光線５２１、５２２、５２３は、プロジェクタ３１の場合と対称となる。
【００２１】
図６〜図８で、マイクロレンズアレイ２の構成要素である１つの微小レンズへの、プロジェクタ３０、３１の投映像の入射光線および出射光線の位置関係を説明する。ここでは光線の振る舞いをより正確に知るためにプロジェクタの投映レンズ全体から出射される光線を光束として表現する。
【００２２】
まず、図６でプロジェクタからの光束について説明する。最初に、プロジェクタ３０の中央の画素６１１の中央部が発する光束について説明する。画素６１１の中央部から発する主光線は５０１であり、プロジェクタの拡散光源により画素６１１の中央部から発する光束は投映レンズ６０によって光束６０１ａのように収束し、角度φ１をもってフレネルレンズ７に入射し、レンズ効果により光束６０１ｂとして出射する。次に、プロジェクタ３０の右端の画素６１２の右端部から発する光束について説明する。画素６１２の右端部から発する主光線は５０２であり、プロジェクタの拡散光源により画素６１２の右端部から発する光束は投映レンズ６０によって光束６０２ａのように収束し、角度φ２をもってフレネルレンズ７に入射し、レンズ効果により光束６０２ｂとして出射する。プロジェクタ３０の左端の画素６１３の左端部から発する光束については、主光線は５０３、収束する光束６０３ａ、フレネルレンズ７への入射角φ３、出射する光束６０３ｂである。光束の収束角φ１、φ２、φ３は投映レンズの口径が大きいほど大きくなる。
【００２３】
図７を用いてプロジェクタ３０からマイクロレンズアレイ２の中央の微小レンズ７０４に投映される光束群の振る舞いを説明する。フレネルレンズ７の中心７０６を垂直に光軸が通るように微小レンズ７０４が位置する場合を示す。プロジェクタ３０は図５で説明したように投映する。プロジェクタ３０からフレネルレンズ７の領域７０５に入射した光束群はレンズ効果により垂直方向に広がりながら出射し、微小レンズ７０４に入射した後にレンズ効果により平行な光束としてそれぞれ集光点７０１を通過するように出射する。実際には領域７０５にはプロジェクタ３０の光束が密に入射しており、微小レンズ７０４には密な光束が入射し、集光点７０１からは範囲７０３の円錐領域に密に光束が広がる。集光点の大きさはプロジェクタの口径や画角、微小レンズの焦点距離で決まる。円錐状に広がる光束群には、微小レンズに対応する画素の数だけ異なる光束が画素の配置に従った配置で含まれている。
【００２４】
なお、図７において、マイクロレンズアレイ２を構成する各微小レンズのレンズ中心を通る平面Ｌ２とフレネルレンズ７との距離は、図５と同様に各微小レンズの焦点距離ｆ２（＝Ｈｍ）であり、各微小レンズによる集光点７０１は、平面Ｌ２から焦点距離ｆ２の距離の平面Ｌ３に形成される。
【００２５】
図８を用いてプロジェクタ３１からマイクロレンズアレイ２の中央の微小レンズ７０４に投映される光束群の振る舞いを説明する。プロジェクタ３１は図５で説明したように投映するとする。プロジェクタ３１からフレネルレンズ７の領域８０５に入射した光束群はレンズ効果により角度θの方向に広がりながら出射し、微小レンズ７０４に入射した後にレンズ効果により平行な光束としてそれぞれ集光点８０１を通過するように出射する。実際には図７の場合と同様に、集光点８０１からは範囲８０３の円錐領域に密に光束が広がる。
【００２６】
図９は３台のプロジェクタ３０、３１、３２の光線群と集光点の振る舞いをまとめて記載した図である。プロジェクタ３０からは９３０の方向に、プロジェクタ３１からは９３１の方向に、プロジェクタ３２からは９３２の方向に、フレネルレンズ７からマイクロレンズアレイ２へ光線群が入射している。これらの光線はマイクロレンズアレイ２の各微小レンズを通過し、微小レンズごとに３台のプロジェクタに対応した集光点を通過して広がる。これらの集光点は範囲９０１に並んでおり、観察者から見ると、マイクロレンズアレイ２に対して図１０のように集光点(図中の小さい丸)が分布している。このように、微小レンズ１つあたり(図中の大きい丸)プロジェクタの台数９台に対応する集光点９個が形成され、それぞれの集光点からは、各プロジェクタの投映画像のうち各微小レンズに入射する部分の画素に対応する円錐状の光線群が出射されている。以上より、プロジェクタの台数を増やすと微小レンズごとの集光点の数が増え、微小レンズごとに制御できる光線数が増えるため、立体映像の画質が向上することになり、スケーラビリティを実現することができる。
【００２７】
以降では、図４〜図１０で説明してきた裸眼立体視ディスプレイの立体映像にざらつきがある(滑らかさに欠ける)理由を説明し、その課題を解決する方法を説明する。
【００２８】
図１１は、観察者の眼球１１００の瞳孔１１０４に入射する光線の振る舞いを説明する図である。マイクロレンズアレイ２の１つの微小レンズ１１０５に対して形成される９個の集光点のうちの３点１１０１ａ、１１０２ａ、１１０３ａを用いて説明する。集光点１１０１ａからは実線１１０１ｃと実線１１０１ｄで示す円錐状の光束群が広がるが、そのうちの点線１１０１ｅと点線１１０１ｆで示す円錐状の光束群が瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０１ｂを結ぶ。同様に、集光点１１０２ａからは実線１１０２ｃと実線１１０２ｄで示す円錐状の光束群が広がるが、そのうちの点線１１０２ｅと点線１１０２ｆで示す円錐状の光束群が瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０２ｂを結び、集光点１１０３ａからは実線１１０３ｃと実線１１０３ｄで示す円錐状の光束群が広がるが、そのうちの点線１１０３ｅと点線１１０３ｆで示す円錐状の光束群が瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０３ｂを結ぶ。この図から分かるように、集光点は離散的に形成されており、それに従って網膜上で結ばれる像も離散的となり、結果として立体映像が粒状に知覚され、滑らかさに欠ける立体映像を知覚することになる。
【００２９】
この課題を解決するためには、像１１０１ｂと像１１０２ｂの間、像１１０１ｂと像１１０３ｂの間に補間的な像を結ぶような光束群を生成すればよく、具体的には、図１２に示すように、マイクロレンズアレイ２と観察者４０の間に光線を拡散するための拡散板１２０を設置する。
【００３０】
次に、図１３〜図１６を用いて拡散板１２０の好ましい設置位置や拡散角について説明する。簡単のために、図１１と同様にマイクロレンズアレイ２の微小レンズ１１０５に対して形成される９個の集光点のうちの３点１１０１ａ、１１０２ａ、１１０３ａを用いて説明する。
【００３１】
まず、図１３を用いて光束群の補間について説明する。図１３は図１１に準ずる図であるが、マイクロレンズアレイ２、微小レンズ１１０５、各集光点の円錐状の光線全体を表す線は省略してある。集光点１１０１ａ、１１０２ａ、１１０３ａはマイクロレンズアレイ２の焦点面、すなわち微小レンズ群の焦点面１３０に等間隔に並んでおり、ここでは省略しているが、隣接する微小レンズに対して形成される集光点もこれらの３点に続いて等間隔に並んでいる。集光点１１０１ａから広がる実線１１０１ｅと実線１１０１ｆで示す円錐状の光束群は瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０１ｂを結び、集光点１１０２ａから広がる実線１１０２ｅと実線１１０２ｆで示す円錐状の光束群は瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０２ｂを結び、集光点１１０３ａから広がる実線１１０３ｅと実線１１０３ｆで示す円錐状の光束群は瞳孔１１０４に入射し、網膜上に像１１０３ｂを結ぶ。
【００３２】
上述のように、網膜上に結ばれる像が離散的に分布していることから立体映像が粒状に知覚される。そこで、例えば像１１０２ｂと像１１０１ｂの間を埋めるような像１３０１ｂ、像１３０２ｂを網膜上に結ぶような光束群を生成する。像１３０１ｂを網膜上に結ぶような光束群は、実在しない仮想的な集光点である仮想集光点１３０１ａから広がる点線１３０１ｅと点線１３０１ｆで示す円錐状の光束群となり、像１３０２ｂを網膜上に結ぶような光束群は、仮想集光点１３０２ａから広がる点線１３０２ｅと点線１３０２ｆで示す円錐状の光束群となり、このような新たな光束群を、実在する集光点の光束群を拡散板１２０で拡散することで生成する。ここで、例として実線１１０１ｅと実線１１０２ｆの交点１３０３と、実線１１０１ｆと実線１１０３ｅの交点１３０４を通る面に拡散板１２０を設置する場合を説明する。この設置位置は、一例であって、後述するように焦点面１３０に近くても、瞳孔１１０４に近くても良い。ただし、焦点面１３０に並んだ集光点の間に仮想集光点を形成するために拡散板１２０を設置するのであるから、拡散板１２０の設置位置はマイクロレンズアレイ２からその焦点面１３０より離れた位置でなければならない。すなわち、拡散板１２０とマイクロレンズアレイ２（図５の面L2）との距離をＬとすると、Ｌ＞ｆ２である。尚、集光点が等間隔に並んでいる場合は上記のように拡散板１２０の設置面を決めると、拡散板１２０とマイクロレンズアレイは平行となる。
【００３３】
図１４を用いて、網膜上に像１３０１ｂを結ぶための仮想集光点１３０１ａから広がる点線１３０１ｅと点線１３０１ｆからなる光束群を生成する場合の拡散板１２０の拡散角について説明する。網膜上の像１１０２ｂと像１１０１ｂを補間する像１３０１ｂを成す画素群の割合は、像１１０２ｂに近いことから像１１０２ｂを成す画素群を多く含むようにする。すなわち、拡散板１２０の拡散角が大き過ぎて余分な光束まで所望の光束群に含み過ぎないようにする。拡散板１２０の拡散角が大き過ぎると、多数の集光点から広がる光束を含み、像１３０１ｂのような網膜上に結ぶ補間のための像が不鮮明になるだけでなく、たとえば実在する集光点１１０２ａからの像１１０２ｂも他の集光点からの光束の重なりにより不鮮明になる。そこで、以下に説明する仮想集光点１３０１ａから広がる光束群の場合は集光点１１０２ａから広がる光束群を多く含むようにし、集光点１１０１ａや集光点１１０３ａから広がる光束群はあまり含まないようにする。以下では、各光束の主光線を用いて説明する。また、集光点１１０３ａから広がる光束は無視する。
【００３４】
最初に、点線１３０１ｅの方向への光線１３０１ｇについて説明する。光線１３０１ｇと拡散板１２０との交点１４００には、集光点１１０２ａから出射する光線１１０２ｇと集光点１１０１ａから出射する光線１１０１ｇが入射している。ここで、光線１１０２ｇから光線１３０１ｇへの角度変化と光線１１０１ｇから光線１３０１ｇへの角度変化は、前者の方が小さいので、光線１１０２ｇから光線１３０１ｇを生じるような拡散角の拡散板１２０を用いることで、光線１１０１ｇが光線１３０１ｇに混じることを避けることができる。そのような拡散角は、マイクロレンズアレイによる集光点の位置、観察者の目の位置、及びそれらの位置と拡散板の位置との距離及び角度の関係から決定される。
【００３５】
集光点１１０２ａから広がる実線１１０２ｅと実線１１０２ｆで示す円錐状の光束群が入射する、拡散板１２０上の点１４００と点１３０３の間からなる範囲に関しては、光線１１０２ｇから光線１３０１ｇへの角度変化と光線１１０１ｇから光線１３０１ｇへの角度変化と、同様の角度変化の関係となる。ただし、拡散板１２０上の点１３０３と点１４０１の間からなる範囲に関してはこれまでよりも大きな角度変化が必要となる。拡散板１２０には同じ部分に複数の集光点から広がる光束群が入射するが、特定の光束群に対応して拡散角を変えることは困難であるので、ここでは拡散板１２０の拡散角は一様であるとする。ここで、拡散角を点１４００と点１３０３の範囲に適した値αとすると、点１３０３と点１４０１の範囲では集光点１１０２ａから広がる光束を、像１３０１ｂを補間するために導くことはできなくなる。その場合は、網膜上に補間像１３０１ｂは結ばれるものの、像１１０１ｂに近い部分は像が欠ける。像が欠けるのは、拡散角αを超えると拡散される光束(密度)が無くなる拡散板を前提に説明したからである。実際には、拡散角は、円錐状の拡散光の輝度が中心輝度（主光線方向の光線密度）の半値（１／２の光線密度）になる位置を全角で表したものであり、拡散角αを超えても（点１３０３と点１４０１の範囲であっても）、光線密度は小さくなるものの、集光点１１０２ａからの光束が像１３０１ｂを補間するために寄与する。同様にして、集光点１１０１ａからの光束も、光線密度は小さいものの、像１３０１ｂを補間するために寄与する。すなわち、像１３０１ｂは、集光点１１０２ａからの光束と集光点１１０１ａからの光束とが重畳するので、それらの光束による画素が重畳したものとなる。ただし、拡散角を点１４００と点１３０３の範囲に適した値αとしているので、集光点１１０２ａからの光束の重畳比率が大きく、像１３０１ｂは像１１０２ｂに近い像となる。
【００３６】
拡散角を点１３０３と点１４０１の範囲に適した値β（α＜β）とすると、点１３０３と点１４０１の範囲および点１４００と点１３０３の範囲のうち点１３０３に近い部分では集光点１１０１ａから広がる光束が重畳する割合が増加する。
【００３７】
図１５は、網膜上に像１３０２ｂを結ぶための仮想集光点１３０２ａから広がる点線１３０２ｅと点線１３０２ｆからなる光束群を生成する場合の拡散板１２０の拡散角を説明するための図である。この場合も図１４と考え方は同じである。拡散角を点１５０１と点１３０３の範囲に適した値γとすると、点１３０３と点１５００の範囲からは集光点１１０１ａから広がる光束を補間のために導くことはできなくなる。実際は図１４の場合と同様に拡散角を超えても密度は小さくなるものの光線は拡散されており、像１３０２ｂは、集光点１１０１ａからの光束と集光点１１０２ａからの光束とが重畳するので、それらの光束による画素が重畳したものとなる。ただし、拡散角を点１５０１と点１３０３の範囲に適した値γとしているので、集光点１１０１ａからの光束の重畳比率が大きく、像１３０２ｂは像１１０１ｂに近い像となる。
拡散角を点１３０３と点１５００の範囲に適した値δ（γ＜δ）とすると、点１３０３と点１５００の範囲および点１５０１と点１３０３の範囲のうち点１３０３に近い部分では集光点１１０２ａから広がる光束が重畳する割合が増加する。
【００３８】
図１４及び図１５の説明のように、マイクロレンズアレイ２の焦点面、すなわち微小レンズ群の焦点面１３０と観察者の瞳孔１１０４との間に拡散板１２０を配置することにより、網膜上の像１１０２ｂと像１１０１ｂとの間の像１３０２ｂを補間できる。観察者から見ると、補間された像により、立体映像の画質が粒状に知覚されにくくなり、滑らかな画質の立体映像を見ることができる。また、立体映像の画質が粒状に(離散的に)知覚されにくくなることにより、観察者は鮮明さを増した画質の立体映像を見ることができる。
【００３９】
なお、最初に無視した集光点１１０３ａから広がる光束群に関しては、拡散板１２０への入射角が大きく、拡散板の拡散角内の光束密度が小さくなるので考慮しなくてもよく、拡散板を用いた立体映像の補間には、隣り合う集光点同士の関係を考慮すればよい。
【００４０】
ここで図１６を用いて、像１１０１ｂと像１１０２ｂを補間する場合の極端な例を挙げる。極端な例とは、集光点１１０１ａから広がる光線群を元に集光点１１０２ａから広がる光線群に重なるような光線群を生成し、逆に、集光点１１０２ａから広がる光線群を元に集光点１１０１ａから広がる光線群に重なるような光線群を生成する例である。具体的には、光線１１０１ｈを光線１１０１ｏに角度変化させ、光線１１０１ｍを光線１１０１ｎに角度変化させ、光線１１０２ｈを光線１１０２ｏに角度変化させ、光線１１０２ｍを光線１１０２ｎに角度変化させるに十分な拡散角ωをもつ拡散板１２０を用いる例となり、この場合は補間像の画素に混じり合いが多くなるものの、確実に補間を行うことができ、この拡散角ω以上の拡散角をもつ拡散板は使用しても画質が劣化するだけである。
【００４１】
拡散板１２０の設置位置は図１３〜図１６で説明した位置以外でも画質向上の効果はあり、拡散板を観察者に近付ける場合は拡散角を小さく、観察者から遠ざける場合は拡散角を大きくすれば滑らかな立体映像を得ることができる。換言すると、拡散板１２０の拡散角を、マイクロレンズアレイ２との距離に対応させる。拡散角とマイクロレンズアレイ２の距離との対応関係は反比例関係である。なぜならば、拡散板１２０を観察者に近付ける場合、すなわち拡散板１２０をマイクロレンズアレイ２の焦点面１３０から遠ざける場合は、集光点から拡散板に入射する光線を仮想集光点から出射する光線とするのに必要な角度変化が小さくて済むため、上記目的のためには拡散角の小さな拡散板を用いれば十分であり、拡散角が大きいままの場合は複数の集光点からの光束群が過剰に混じり合って画質が劣化するためである。逆に、拡散板１２０を観察者から遠ざける場合、すなわち拡散板１２０をマイクロレンズアレイ２の焦点面１３０に近付ける場合は、集光点から拡散板に入射する光線を仮想集光点から出射する光線とするのに必要な角度変化が大きくなるため、上記目的のためには拡散角の大きな拡散板を用いる必要があり、拡散角が小さいままの場合は、補間像を形成するのに十分な光線密度を得ることができない。
【００４２】
なお、以上の説明から明らかなように、プロジェクタの合焦面にフレネルレンズや凸レンズを設置することは必須ではなく、設置しない場合でも十分な効果を得ることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、マイクロレンズアレイと観察者の間に拡散板を設置することで、観察者の目に入射する光線を補間し、立体映像を滑らかに知覚させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術の裸眼立体視ディスプレイを説明する図である。
【図２】従来技術の裸眼立体視ディスプレイにおいてマイクロレンズアレイをレンチキュラレンズに置き換えた図である。
【図３】従来技術の裸眼立体視ディスプレイのマイクロレンズアレイを通過する光線群の振る舞いを説明する図である。
【図４】フレネルレンズを追加した裸眼立体視ディスプレイを説明する図である。
【図５】図４の装置をフレネルレンズ７の中心を通る水平面内で描いた断面図である。
【図６】プロジェクタが投映する光束を説明する図である。
【図７】フレネルレンズに垂直に入射する光束の振る舞いを説明する図である。
【図８】フレネルレンズに斜めに入射する光束の振る舞いを説明する図である。
【図９】複数台のプロジェクタ投映像の光線群と集光点の振る舞いを説明する図である。
【図１０】マイクロレンズアレイ上の集光点の分布を示す図である。
【図１１】観察者の瞳孔に入射する光線の振る舞いを説明する図である。
【図１２】裸眼立体視ディスプレイを説明する図である。
【図１３】光束群の補間について説明する図である。
【図１４】網膜上に補間する像を結ぶための仮想集光点からの光束群を生成する場合の拡散板の拡散角について説明する図である。
【図１５】網膜上に補間する像を結ぶための仮想集光点からの光束群を生成する場合の拡散板の拡散角について説明する図である。
【図１６】像を補間する場合の極端な例である。
【符号の説明】
【００４５】
１、３０〜３２：プロジェクタ、２：マイクロレンズアレイ、３：観察者の右目、４：観察者の左目、５：観察者の右目に入射する光線、６：観察者の左目に入射する光線、７：フレネルレンズ、２０：横方向のレンチキュラレンズ、２１：縦方向のレンチキュラレンズ、３００、４０：観察者、３０１、９０１：集光点群の形成される範囲、６０：投映レンズ、６１１〜６１３：画素、７０４、１１０５：微小レンズ、７０５、８０５：フレネルレンズ上の光束入射範囲、７０６：フレネルレンズの中心、１１００：観察者の眼球、１１０４：観察者の瞳孔、１２０：拡散板、１３０１ａ、１３０２ａ：仮想集光点、１３０１ｂ、１３０２ｂ：観察者の網膜上に結ばれる補間像。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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