(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記フィールド光学系は凹面鏡を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記光偏向手段がレンチキュラ鏡アレイであることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
前記光走査手段からのビーム状の光線が所定面上で一定速度となるようにする補正光学系を有することを特徴とする請求項１又は２記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記フィールド光学系は凸レンズを有していることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記光偏向手段はレンチキュラ凹面鏡アレイを有していることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記光偏向手段はレンチキュラアレイを有していることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記ビーム状の光線の観察者位置での水平方向幅が、観察者の瞳孔径に基づいて、前記観察者の単眼に複数のビーム状の光線が入射可能な状態となるように決定されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記ビーム状の光線の観察者位置での水平方向幅が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７の立体画像表示装置。
【請求項９】
観察者位置において隣り合うビーム状の光線同士の水平方向間隔が、観察者の瞳孔径に基づいて、前記観察者の単眼に複数のビーム状の光線が入射可能な状態となるように決定されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
観察者位置において隣り合う該ビーム状の光線同士の水平方向の間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９の立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記フィールド光学系と前記光偏向手段とは一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記光拡散手段は前記光偏向手段と一体化されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１３】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１４】
指向性のあるビーム状の光線を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光線の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光ビームが所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光走査手段と光偏向手段との間に配置されており、該光偏向手段の各偏向素子の主光線を一点に集光させる為のフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１５】
前記フィールド光学系は凹面鏡を有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項１６】
前記フィールド光学系は凸レンズを有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項１７】
前記光偏向手段はレンチキュラレンズアレイを有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項１８】
前記光偏向手段はレンチキュラ凹面鏡アレイを有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項１９】
前記リレー光学系は凹面鏡を有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２０】
前記リレー光学系は凸レンズを有していることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２１】
前記光ビームの観察者位置での水平方向幅が観察者の瞳孔径に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２２】
前記光ビームの観察者位置での水平方向幅が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２１の立体画像表示装置。
【請求項２３】
観察者位置において隣り合う光線同士の水平方向間隔が観察者の瞳孔径に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２４】
観察者位置において隣り合う該光線同士の水平方向の間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２３の立体画像表示装置。
【請求項２５】
前記フィールド光学系と前記光偏向手段とは一体化されていることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２６】
前記光拡散手段は前記リレー光学系と一体化されていることを特徴とする請求項１３又は１４の立体画像表示装置。
【請求項２７】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該光偏向手段から収束光は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記フィールド光学系は凹面鏡を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２８】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該光偏向手段から収束光は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記光偏向手段がレンチキュラ鏡アレイであることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２９】
指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該リレー光学系からは収束光又は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３０】
指向性のあるビーム状の光線を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光線の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光ビームが所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光走査手段と光偏向手段との間に配置されており、該光偏向手段の各偏向素子の主光線を一点に集光させる為のフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該リレー光学系からは収束光又は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３１】
指向性のある光束を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光束の走査角に応じた強度を該光束に与える光変調手段と、
該光束をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光束の主走査方向に繰り返し配置して形成され、光偏向中心点列を形成する光偏向手段とを有し、
該光束の主走査断面内において、該偏向素子を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、
該光変調手段は、該光線の走査によって光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、
前記光偏向手段が全体として凹面形状を有することによりフィールド光学系の機能を有するレンチキュラ鏡アレイであって、
前記レンチキュラ鏡アレイが、該レンチキュラ鏡アレイ近傍に前記光偏向中心点列を形成しており、
前記レンチキュラ鏡アレイは、前記副走査方向における微細な凹凸を有する又は前記副走査方向における周期構造を有することにより該レンチキュラ鏡アレイに入射する光を拡散する該光拡散手段として作用することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３２】
指向性のある光束を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光束の走査角に応じた強度を該光束に与える光変調手段と、該光束をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光束の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光入射面側に配置されたフィールド光学系とを有し、該光束の主走査断面内において、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、該リレー光学系の近傍に配置される該光束の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光束の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光束の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３３】
指向性のある光束を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光束の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光束が所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光偏向手段の光入射面側に配置されたフィールド光学系とを有し、該光束の主走査断面内において、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３４】
光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において、前記光走査手段から出射した光線を、前記偏向素子の前記光線の入射側の焦点面に収束させる補正光学系及びフィールド光学系とを有しており、前記補正光学系及び前記フィールド光学系を経た光線が、前記偏向素子により観察者の位置又はその近傍において平行ビームとなるように構成されており、観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３５】
光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において、前記光走査手段から出射した光線を、前記偏向素子の前記光線の入射側の焦点面の近傍に収束させる補正光学系及びフィールド光学系とを有しており、前記補正光学系及び前記フィールド光学系を経た光線が、前記偏向素子により観察者の位置又はその近傍において収束するように構成されており、前記観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３６】
光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、前記リレー光学系近傍に配置され、該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光線の主走査面内において、前記偏向素子により、前記偏向素子を出射した光線を前記リレー光学系の入射側の焦点面に収束しており、前記リレー光学系により、前記リレー光学系を経た前記ビーム状の光線が、観察者の位置又はその近傍において平行ビームとなるように構成されており、観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３７】
光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、前記リレー光学系近傍に配置され、該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光線の主走査面内において、前記偏向素子により、前記偏向素子を出射した光線を前記リレー光学系の入射側の焦点面の近傍に収束しており，前記リレー光学系により、前記リレー光学系を経た前記ビーム状の光線が、観察者の位置又はその近傍において収束するように構成されており、前記観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴とする立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体画像を観察者の目の負担を軽減し、疲れずに、自然の状態で良好に観察することができる立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、立体（立体物、３次元物体）を再生する方法として様々な方式が試みられている。これらのうち両眼視差を用いて観察者に立体視を行わせる方法（偏光メガネ方式、レンチキュラ方式など）は従来より広く利用されている。しかしながら、これらの方法は眼の調節機能による立体認識と両眼視差による立体認識との間に矛盾が生じるため、観察者は疲労や違和感を覚えることが少なくない。そこで両眼視差のみに頼らず、眼のその他の立体認識機能を満足する３次元像再生の方法がいくつか試みられている。
【０００３】
（第１の従来例）
平成９年に通信・放送機構出版が発行した刊行物「高度立体動画像通信プロジェクト最終成果報告書」の第３章８節「超多眼領域の立体視覚に関する研究」によれば、単眼の瞳孔に複数の視差画像が入射する程度に視差の刻み角が細かい多視点画像を表示する「超多眼領域」の立体表示方法下においては、観察者の眼の焦点調節が両眼視差によって誘導される擬似的な立体像の近傍に導かれ、観察者の疲労や違和感が軽減される、とされている。
【０００４】
つまり、従来から行われている２視点からの視差画像を両眼に対して呈示する立体表示方法を、ｎ視点からの視差画像をｎ視点に対して呈示する方法に拡張し、なおかつｎ個の視点の隣り合う２点間距離を観察者の瞳孔よりも小さくした場合、「単眼視差効果」により目が疲れにくい立体表示となる、という見解が示されている。
【０００５】
さらに同報告書第３章６節「集束化光源列（ＦＬＡ）による多眼立体ディスプレイの研究開発」では上記理論を実践する具体例が示されている。図１８はこの具体例の構成図である。図１８中のＦＬＡは集束化光源列（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｒｒａｙ）の略語であり、図１９に示すような構成を有する。ＦＬＡは図１９（ａ）のように半導体レーザーなどの光源（Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ）の光を光学系（Ｂｅａｍ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃｓ）により細い光束に整形したものを、図１９（ｂ）のように円弧状に並べてすべての光束を円の中心に集光させたものである。こうして形成された焦点（Ｆｏｃａｌ  Ｐｏｉｎｔ）は光学系（Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｌｅｎｓ，Ｉｍａｇｉｎｇ  ｌｅｎｓ）により垂直拡散板（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）に再結像し、走査系（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｃａｎｎｅｒ，Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｓｃａｎｎｅｒ）により２次元的に高速走査され、２次元的な画像を形成する。走査の周期が観察者の眼の残像許容時間内（約１／５０秒以内）であればフリッカーのない画像観察が可能となる。ある瞬間における焦点は２次元画像の個々の画素を構成しており、各画素は元の光源の数だけ異なる方向に光線を出射する輝点と考えられる。どの方向に光線を出射させるかは、発光させる光源を選択することで決定することができる。この光線の出射方向は非常に小さな角度だけ異なっているので、観察位置では観察者の瞳に２本以上の異なる光線が入射するような条件になっている。つまり、上記構成によれば観察者の単眼に複数の視差像が入射する「超多眼領域」の立体表示が可能となり、観察者の眼の焦点調節が立体像近傍に導かれ観察者の疲労や違和感が軽減される。
【０００６】
（第２の従来例）
特開平１１―１０３４７４号公報には「超多眼領域」を利用した立体映像表示装置が開示されている。
【０００７】
上記公報では第１の従来例において「視点の数だけ光源およびそれに付随する駆動回路等を用意しなければならず装置が複雑化する問題があった」として、光源およびそれに付随する駆動回路をただ一つとして、なおかつ第１の従来例と同様の多視点立体映像を表示する装置を構成している。
図２０は上記第２の従来例の概念図である。図中の１１１は変調信号発生器、
１１２はビーム走査の開始タイミング検出のためのスタートセンサ、１１３は半導体レーザー駆動回路（変調手段）、１１４はモーター制御回路、１１５は半導体レーザー（レーザー光源）、１１６はコリメータレンズ、１１７はポリゴンミラー（主走査方向の走査手段）、１１８はｆθレンズ、１１９は第１の円筒レンズアレイ（主走査方向の偏向手段）、１２０はモーター、１２１はガルバノミラー（副走査方向の走査手段）、１２２は第２の円筒レンズアレイ（縦方向拡散手段）、
１２３は観察者となっている。
【０００８】
主たる構成は図１９と同様であるが、レーザー光源１１５が１つになっていることと、レーザービーム走査によって２次元画像情報を形成すべき面の近傍に、主走査方向に周期的構造を有する円筒レンズアレイ１１９を配置していることが第１の従来例と異なる点である。このような構成の場合、レーザービームが円筒レンズアレイ１１９に入射する位置によってビームの射出方向が変化し、円筒レンズアレイ１１９上を主走査方向にレーザービームが走査するだけで光線の偏向が多数回繰り返される。図２１はこの様子の説明図である。円筒レンズアレイ１１９に垂直に入射したレーザービームａは円筒レンズの高画角位置に入射するためレンズ焦点を通過した後ａ′の方向に偏向される。微小時間経過後にレーザービームｂが図中の位置に入射するとビームはより小さい偏向角で偏向されｂ′の方向に出射する。同様にして、レーザービームｃ，ｄは図中ｃ′，ｄ′の方向に偏向される。
【０００９】
したがって、第１の従来例では元の光源の数だけ異なる方向に光線を出射する輝点を形成しそれを走査していたが、第２の従来例は単一のレーザービーム走査で、同等の多方向出射光線および輝点を形成することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術には次のような問題点が存在する。
【００１１】
まず第１の従来例においては「超多眼領域」の立体表示を行うために視点の数だけ光源およびそれに付随する駆動回路等を用意しなければならず、装置が複雑化するという問題点が存在する。
【００１２】
一方、第２の従来例においては円筒レンズアレイ１１９で偏向されるレーザービームはいずれも円筒レンズの焦点位置を中心として偏向される。したがってレーザービーム走査によってビームの入射位置が移動するとビームの偏向点もまた移動する。その結果、観察位置で光線の届く範囲にばらつきが生じてしまう。例えば、図２１において焦点１を通過する光線は中央より左側の範囲であれば観察可能であるが焦点３を通過する光線は中央より左側の範囲では観察できない。
【００１３】
逆に、焦点３を通過する光線は中央より右側の範囲であれば観察可能であるが焦点１を通過する光線は中央より右側の範囲では観察できない。
【００１４】
また、第２の円筒レンズアレイ（縦方向拡散手段）１２２の位置に形成される光線偏向点の集合で形成する２次元情報の水平方向の解像度は円筒レンズアレイ１１９のピッチに反比例する。しかし、解像度を高めるために円筒レンズアレイ１１９の円筒レンズピッチを小さくすると相対的に水平幅の広いレーザービームが入射した場合と同じ現象が起こる。つまり図２２に示すように焦点通過後にレーザービームが拡がってしまって、観察位置では単眼よりも広い水平幅を有するビームとなってしまい、前述した「超多眼領域」の立体表示が不可能となってしまう。
【００１５】
本発明は装置全体の簡素化を図りつつ、超多眼領域を利用し、広い領域において観察者が疲労せずに良好に立体画像を観察することができる立体画像表示装置の提供を目的とする。
【００１６】
この他、本発明は「超多眼領域」を利用して、立体像の表示を行う際、視点の数だけ光源およびそれに付随する駆動回路等を用意しなくても良く、又観察位置で光ビームの届く範囲にばらつきが発生するのを解消し、また、光ビーム偏向点の集合で形成する２次元情報の水平方向の解像度を高めながらも観察位置での光ビームの水平幅が拡がらないよう抑制し、立体画像を良好に観察することができる立体画像表示装置の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、
該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、
該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、
該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、
該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、
該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、
前記フィールド光学系は凹面鏡を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項２の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、
該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、
該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、
該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、
該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、
該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、
前記光偏向手段がレンチキュラ鏡アレイであることを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記光走査手段からのビーム状の光線が所定面上で一定速度となるようにする補正光学系を有することを特徴としている。
【００２０】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記フィールド光学系は凸レンズを有していることを特徴としている。
【００２１】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記光偏向手段はレンチキュラ凹面鏡アレイを有していることを特徴としている。
【００２２】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記光偏向手段はレンチキュラアレイを有していることを特徴としている。
【００２３】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記ビーム状の光線の観察者位置での水平方向幅が、観察者の瞳孔径に基づいて、前記観察者の単眼に複数のビーム状の光線が入射可能な状態となるように決定されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項８の発明は請求項７の発明において、前記ビーム状の光線の観察者位置での水平方向幅が２ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００２５】
請求項９の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、観察者位置において隣り合うビーム状の光線同士の水平方向間隔が、観察者の瞳孔径に基づいて、前記観察者の単眼に複数のビーム状の光線が入射可能な状態となるように決定されていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１０の発明は請求項９の発明において、観察者位置において隣り合う該ビーム状の光線同士の水平方向の間隔が２ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００２７】
請求項１１の発明は請求項１乃至１０のいずれか１項の発明において、前記フィールド光学系と前記光偏向手段とは一体化されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１２の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記光拡散手段は前記光偏向手段と一体化されていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１３の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００３０】
請求項１４の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光線の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光ビームが所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光走査手段と光偏向手段との間に配置されており、該光偏向手段の各偏向素子の主光線を一点に集光させる為のフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００３１】
請求項１５の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記フィールド光学系は凹面鏡を有していることを特徴としている。
【００３２】
請求項１６の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記フィールド光学系は凸レンズを有していることを特徴としている。
【００３３】
請求項１７の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記光偏向手段はレンチキュラレンズアレイを有していることを特徴としている。
【００３４】
請求項１８の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記光偏向手段はレンチキュラ凹面鏡アレイを有していることを特徴としている。
【００３５】
請求項１９の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記リレー光学系は凹面鏡を有していることを特徴としている。
【００３６】
請求項２０の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記リレー光学系は凸レンズを有していることを特徴としている。
【００３７】
請求項２１の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記光ビームの観察者位置での水平方向幅が観察者の瞳孔径に基づいて決定されていることを特徴としている。
【００３８】
請求項２２の発明は請求項２１の発明において、前記光ビームの観察者位置での水平方向幅が２ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００３９】
請求項２３の発明は請求項１３又は１４の発明において、観察者位置において隣り合う光線同士の水平方向間隔が観察者の瞳孔径に基づいて決定されていることを特徴としている。
【００４０】
請求項２４の発明は請求項２３の発明において、観察者位置において隣り合う該光線同士の水平方向の間隔が２ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００４１】
請求項２５の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記フィールド光学系と前記光偏向手段とは一体化されていることを特徴としている。
【００４２】
請求項２６の発明は請求項１３又は１４の発明において、前記光拡散手段は前記リレー光学系と一体化されていることを特徴としている。
【００４３】
請求項２７の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該光偏向手段から収束光は平行光となって出射しており、
該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記フィールド光学系は凹面鏡を有することを特徴としている。
【００４４】
請求項２８の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該光偏向手段から収束光は平行光となって出射しており、
該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、前記光偏向手段がレンチキュラ鏡アレイであることを特徴としている。
【００４５】
請求項２９の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光線の主走査面内において該偏向素子の光学的中心位置を通る主光線をすべて一点に収束させるためのフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該リレー光学系からは収束光又は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００４６】
請求項３０の発明の立体画像表示装置は、指向性のあるビーム状の光線を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光線の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光ビームが所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光走査手段と光偏向手段との間に配置されており、該光偏向手段の各偏向素子の主光線を一点に集光させる為のフィールド光学系と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、主走査断面内において、該光走査手段から出射した所定の径を有する光束は該フィールド光学系を通過した後に一点に収束し、該リレー光学系からは収束光又は平行光となって出射しており、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００４７】
請求項３１の発明の立体画像表示装置は、指向性のある光束を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光束の走査角に応じた強度を該光束に与える光変調手段と、
該光束をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光束の主走査方向に繰り返し配置して形成され、光偏向中心点列を形成する光偏向手段とを有し、
該光束の主走査断面内において、該偏向素子を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、
該光変調手段は、該光線の走査によって光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調しており、
前記光偏向手段が全体として凹面形状を有することによりフィールド光学系の機能を有するレンチキュラ鏡アレイであって、
前記レンチキュラ鏡アレイが、該レンチキュラ鏡アレイ近傍に前記光偏向中心点列を形成しており、
前記レンチキュラ鏡アレイは、前記副走査方向における微細な凹凸を有する又は前記副走査方向における周期構造を有することにより該レンチキュラ鏡アレイに入射する光を拡散する該光拡散手段として作用することを特徴としている。
【００４８】
請求項３２の発明の立体画像表示装置は、指向性のある光束を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光束の走査角に応じた強度を該光束に与える光変調手段と、該光束をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光束の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光入射面側に配置されたフィールド光学系とを有し、該光束の主走査断面内において、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、該リレー光学系の近傍に配置される該光束の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光束の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光束の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００４９】
請求項３３の発明の立体画像表示装置は、指向性のある光束を走査する光走査手段と、該光走査手段から放射される光束の走査角に応じて光強度を変調する光変調手段と、該光走査手段からの光束が所定面上で一定速度となるようにする補正光学系と、補正光学系からの光束の入射位置に応じて偏向方向を変え出射する偏向素子を一方向に周期的に配列した光偏向手段と、該光偏向手段の光入射面側に配置されたフィールド光学系とを有し、該光束の主走査断面内において、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察側に空中結像するリレー光学系と、該リレー光学系を通過する光束が収束光又は平行光となって出射するように設定されており、該リレー光学系の近傍に配置されており、入射光束を該一方向と直交する方向に拡散する光拡散手段とを有し、該光変調手段は、該光線の走査によって該光拡散手段上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段からの出射角に応じて光強度を変調することを特徴としている。
【００５０】
請求項３４の発明の立体画像表示装置は、光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において、前記光走査手段から出射した光線を、前記偏向素子の前記光線の入射側の焦点面に収束させる補正光学系及びフィールド光学系とを有しており、前記補正光学系及び前記フィールド光学系を経た光線が、前記偏向素子により観察者の位置又はその近傍において平行ビームとなるように構成されており、観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴としている。
請求項３５の発明の立体画像表示装置は、光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段の光偏向中心点列近傍に配置される該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段と、該光線の主走査面内において、前記光走査手段から出射した光線を、前記偏向素子の前記光線の入射側の焦点面の近傍に収束させる補正光学系及びフィールド光学系とを有しており、前記補正光学系及び前記フィールド光学系を経た光線が、前記偏向素子により観察者の位置又はその近傍において収束するように構成されており、前記観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴としている。
請求項３６の発明の立体画像表示装置は、光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、前記リレー光学系近傍に配置され、該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光線の主走査面内において、前記偏向素子により、前記偏向素子を出射した光線を前記リレー光学系の入射側の焦点面に収束しており、前記リレー光学系により、前記リレー光学系を経た前記ビーム状の光線が、観察者の位置又はその近傍において平行ビームとなるように構成されており、観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴としている。
請求項３７の発明の立体画像表示装置は、光源から発する指向性のあるビーム状の光線を主走査方向と副走査方向に走査する光走査手段と、該光線の走査角に応じた強度を該光線に与える光変調手段と、該光線をその入射位置に応じて偏向する偏向素子を該光線の主走査方向に繰り返し配置した光偏向手段と、該光偏向手段によって形成される光偏向中心点列を観察者近傍に主走査断面内において空中結像するリレー光学系と、前記リレー光学系近傍に配置され、該光線の副走査方向に光を拡散する光拡散手段とを有し、該光線の主走査面内において、前記偏向素子により、前記偏向素子を出射した光線を前記リレー光学系の入射側の焦点面の近傍に収束しており，前記リレー光学系により、前記リレー光学系を経た前記ビーム状の光線が、観察者の位置又はその近傍において収束するように構成されており、前記観察者の単眼に常に複数のビーム状の光線を入射させることにより、前記観察者が単眼で複数の視差画像を同時に観察することができるようにすることを特徴としている。
【００５１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部平面図である。
【００５２】
図中、１は光ビーム走査手段、（光走査手段）２は補正光学系、３はフィールド光学系、４は主走査方向に微小な周期構造を有する光偏向手段、５は副走査方向Ｙに光ビームを屈折させる拡散手段、６は観察者、２１は光変調手段である。
【００５３】
光ビーム走査手段１は、ビーム状の光を放射する光源や、ビーム形成のための光学系、そして、光ビームを偏向させるビーム偏向手段等を含んでおり、定められた領域内の任意の方向に２次元的に即ち主走査方向（Ｘ方向）と副走査方向（Ｙ方向）に光ビームを走査することができる構成となっている。例えば光源としては半導体レーザーやＬＥＤなどが用いられ、光源からの光ビームに対しビーム形成のための光学系や、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、ＡＯＭ（音響光学素子）などのビームを高速に偏向できるデバイス等が組み合わされて光ビームを２次元的に走査している。
【００５４】
補正光学系２はビームの走査方向補正し、走査面（後述する拡散手段５面上）上の走査速度が一定とするための光学系より成り、一般的にはｆθレンズが用いられる。
【００５５】
フィールド光学系３は観察者６の立体像観察領域を最大限に広げる光学作用を有する。
【００５６】
即ち補正光学系２からの光ビームＬａを主走査断面（ＸＺ面）内において光偏向手段４の光入射側のビームの収束点３ａに集光した後に、光偏向手段４に入射させている。
【００５７】
そして、光偏向手段４の各偏向素子４ａに入射し、射出した主光線Ｌａ１が一点４ｂに集光するようにしている。
【００５８】
ここで、ビームの収束点３ａは偏向素子４ａの焦点面に相当している。
【００５９】
フィールド光学系３は球面レンズ又は主走査断面内においてのみパワーを有する１枚のシリンドリカルレンズであっても良い。
【００６０】
光偏向手段４は光ビームの入射位置に応じて光ビームを異なった方向に偏向している。
【００６１】
本実施形態では主走査断面（ＸＺ面）にパワーを有するシリンドリカルレンズ（偏向素子）を複数個、主走査方向（Ｘ方向）に一定周期で配列したレンチキュラーレンズより成っている。
【００６２】
光偏向手段４を通過した光ビームは拡散手段５近傍に光偏向中心点列を形成する。
【００６３】
光偏向手段４の１つの光偏向素子４―１側に光ビームの走査によって１つの視差画像が形成されている。
【００６４】
拡散手段５は光ビームを副走査方向（Ｙ方向）に拡散させる役目を有する光学素子を有し、この場合、副走査方向に微小な周期構造を有するレンチキュラレンズが用いられている。拡散手段５の周期構造は光偏向手段４よりもピッチが細かく、光ビームの入射位置に関わらず水平方向（主走査方向）の光の指向性は不変のまま、縦方向（副走査方向）にのみ光を拡散させるという光学作用を有する。
【００６５】
光変調手段２１は、光線の走査によって拡散手段５上に形成される２次元画像情報がその画像情報を観察する方向からの視差画像となるよう、該光線の該光偏向手段４からの出射角に応じて光強度を変調している。
【００６６】
図中の点線ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２は光ビームであり、同時に光ビーム走査手段１から放射される画像情報に基づいて光変調手段２１で光変調された光ビームの拡散手段５までの光路を示しており、いずれも異なる時刻における光路である。
【００６７】
光ビームが光路ａ１を通るとき、この光ビームａ１は光偏向手段４の要素（シリンドリカルレンズ）４−１の右端付近（観察者６から見て）に入射する。
【００６８】
光ビームａ１は要素４−１によって偏向され、拡散手段５上の焦点ｆ１を通過して観察者６の左側の方向へ光ビームａ１′として向かう。一方、光ビームが光路ａ２を通るとき、この光ビームａ２は光偏向手段４の要素４−１の左端付近に入射する。光ビームａ２は要素４−１によって偏向され、拡散手段５上の焦点ｆ１を通過して観察者６の右側の方向へ光ビームａ２′として向かう。光ビームの走査過程では光ビームａ１と光ビームａ２の間に複数の光束の光路も発生しうるため、本実施形態では光路ａ１→ａ２の光ビーム走査過程で焦点ｆ１を偏向中心として観察者６を左から右に横切るような光ビーム偏向を実現することができる。
【００６９】
同様にして、光ビームが光路ｂ１→ｂ２を通るときや、光路ｃ１→ｃ２の光路を通るときもそれぞれ拡散手段５上の焦点ｆ２，ｆ３を偏向中心として観察者６を左から右に横切るような光ビーム偏向を実現することができる。
【００７０】
拡散手段５は上記光ビームの偏向中心（焦点ｆ１，ｆ２，ｆ３・・・）が形成される位置に配置されており、その結果、拡散手段５上に２次元的な画像情報（視差画像）が形成される。
【００７１】
本実施形態において立体像を表示（観察）するには、従来例と同様に光ビームの出射角に対応して光変調手段２１で光ビームの強度を変化させることで実現している。
【００７２】
例えば、光路ａ１→ａ２を強度変調された光ビームが走査される場合、観察者にとって焦点ｆ１は一つの画素と認識され、この画素が観察方向に依存した輝度変化を有するように認識される。
【００７３】
これが全焦点（全画素）について繰り返されると観察方向によって異なる
２次元画像（視差画像）が拡散手段５上に表示されることになる。
【００７４】
光ビーム走査手段１による光ビームの走査速度がきわめて高速であれば、上記の構成によって拡散手段５上に複数視点からの視差画像情報をほぼ同時に再生できるため、多視点の立体像表示が可能となる。
【００７５】
特に、観察者６の単眼に常に複数の光ビームが入射可能な状態であれば
「超多眼領域」の立体表示が可能となり、観察者の眼の焦点調節が立体像４ｂ近傍に導かれ観察者６の疲労や違和感が軽減される。本実施形態ではこの条件を満たすために光ビームの観察位置６ａでの水平幅を観察者の瞳孔径に基づいて２ｍｍ以下となるよう光学系を最適化し、また、観察位置６ａにおいて隣り合う光ビーム同士の間隔もまた２ｍｍ以下となるように光源の強度変調制御を最適化している。
【００７６】
観察位置６ａにおける光ビームの水平幅を一定値以下に抑えるための光学系の構成を図２、図３を用いて説明する。
【００７７】
図２、図３はいずれも周期的構造を有する光偏向手段４近傍を拡大したものである。観察位置６ａにおいて光ビーム（所定の径を有する光束）Ｌａの水平幅が拡がらないようにするためには観察者の眼に入射する光ビームが主走査面（ＸＺ面）内について平行光状態であることが望ましい。このことは周期的構造を有する光偏向手段４を射出する光ビームが光偏向手段４によってコリメートされていることを意味するので、図２に示すように光ビームＬａをシリンドリカルレンズ４−１の焦点面Ｐ１においてフィールドレンズ４で一度収束する設計とすればよい。なお、光ビームをそのような状態にするためには光ビーム走査手段１、補正光学系２、フィールド光学系３の設計時に、光源から出た光ビームがシリンドリカルレンズ４−１の焦点面Ｐ１に一度収束するような設計を行う。
【００７８】
さらに、観察位置６ａにおける光ビーム水平幅をより細くするためには光ビームが観察位置６ａ又はその近傍で収束する仕様とすることが有効である。この場合、図３に示すようにフィールドレンズ３で光ビームＬａを図中の面Ｐ１で一度収束させ、光偏向手段４に関して面Ｐ１と共役な面Ｐ２が観察位置６ａはその近傍に配置されるような光学設計を行えばよい。なお、光ビームをそのような状態にするためには光ビーム走査手段１、補正光学系２、フィールド光学系３の設計時に、光源から出た光ビームが面Ｐ１に一度収束するような設計を行う。
【００７９】
本実施形態では、従来例と異なり観察者位置６ａで光ビームＬａの届く範囲にばらつきが発生するのを解消するよう、光学系の各要素の配置を工夫している。
【００８０】
図４はこの光学系についての説明図である。光ビームＬａを最終的に偏向するのは光偏向手段４の役目であるが、光ビームの大まかな方向を決定するのは、補正光学系２とフィールド光学系３の２つの光学系である。図中の一点鎖線は光偏向手段４の各要素４−１，４−２・・・を通過する主光線を示している。（各要素４−１，４−２・・・を通過する主光線は光偏向手段４の偏向作用を受けない。）
すべての主光線が光ビームＬａの水平走査中心Ｏより発散し、観察者６の観察域中心Ｏ′に収束するような光学的配置となっている。こうした光学配置により、どの焦点を通過する光ビームも観察域中心Ｏ′を中心とした領域に到達するような分布となるので、観察域を最大限有効に設定することができる。
【００８１】
例えば、図中のように水平走査中心Ｏから補正光学系２までの距離を補正光学系２の焦点距離と等しくすれば、フィールド光学系３からフィールド光学系３の焦点距離だけ離れた位置に観察域中心Ｏ′を定めることができる。
【００８２】
本実施形態の光偏向手段４の構成については、いくつかの構成が適用できる。
【００８３】
例えば、図５のようにフィールド光学系３と光偏向手段４とを一体化したハイブリット光偏向手段７を用いることができる。ハイブリット光偏向手段７を用いることで部品数を減らし、組立時の位置決め精度を高めることができる。
【００８４】
また、光偏向手段４を反射光学系で構成しても良い。この場合は図６のような複数のシリンドリカルミラー８ａを一方向に配列したレンチ凹面鏡８などを用いることになる。（図では見やすくするために光ビーム走査手段１〜補正光学系２の光路を省略している）ただし、この場合は拡散手段５をレンチ凹面鏡８の前に配置すると、ビームが２度通過するためボケが発生してしまう。そのため図７に示すように、レンチ凹面鏡８の表面に副走査方向（Ｙ方向）の微細な凹凸またはレンチキュラの周期構造を形成し、レンチ凹面鏡８の表面上で副走査方向に拡散するような工夫を行う。
【００８５】
さらに、レンチ凹面鏡８にフィールド光学系３の役目を持たせて一つの反射光学系として一体化することもできる。
【００８６】
この場合は図８のように上記レンチ凹面鏡８に全体的な凹面形状をもたせた複合レンチ凹面鏡９を用いる。
【００８７】
複合レンチ凹面鏡９は、例えば図９のように半径Ｒ大、中心Ｏ大の凹面鏡と半径Ｒ小、中心Ｏ小のシリンドリカル凹面鏡９ａを複数配列したレンチ凹面鏡アレイを合成したような構成を有する。
【００８８】
図１０はこの構成例の光学配置の説明図である。図中一点鎖線は各レンチ凹面９ａの主光線である。全体的な凹面の曲率半径をＲ大、光偏向点Ｏから複合レンチ凹面鏡９までの距離をｓ、観察域中心Ｏから複合レンチ凹面鏡９までの距離をｓ′と定めると、前述したように各レンチ凹面９ａの主光線が観察域の中心Ｏ′で収束するための条件は、近軸の光学理論より
【００８９】
【数１】
0003667245.tif 000002
【００９０】
となる。したがってこの条件を満足するように光学配置を行えば、どのレンチ凹面鏡で反射した光も、ほぼ観察域中心Ｏ′を中心とした領域に到達するような分布となるので、観察域を最大限有効に設定することができる。
【００９１】
反射光学系を用いるメリットとしては次のようなものが挙げられる。
・  透過型の光学系では光学系の厚みなどの問題で大きさに限界があるが、反射光学系ではかなり大きなサイズのものも作製可能である。
・  色収差が発生しない
なお、反射光学系で本装置を構成する場合は、再生される立体像と光ビーム走査手段１などの主要部品の位置とが干渉しやすいので、フロントプロジェクターシステムのように鉛直方向について偏心した光学配置となっていることが望ましい。
【００９２】
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００９３】
実施形態１では光偏向手段４の周期構造毎に存在する光偏向の中心点が画素として観察者に認識される。つまり周期構造のピッチが画像情報の画素ピッチとなっている。このピッチが細かければ細かいほど解像度の高い良質な視差画像を表現することが可能になる。
【００９４】
解像度を高めるために上記周期構造のピッチを単に小さくすると相対的に水平幅の広いレーザービームが入射した場合と同じ現象が起こる。つまり図２２に示すように焦点通過後にレーザービームが拡がってしまって、観察者位置では単眼よりも広い水平幅を有するビームとなってしまい、「超多眼領域」の立体表示が困難になってくる場合がある。一般的に観察者にとって画素の粗さが意識されないレベルの解像度となるとかなり微小な画素ピッチが要求される。例えば１ｍ以内の観察距離で画像を観察する場合、画素ピッチは少なくとも１ｍｍ以下が要求されるがそのような微小ピッチの周期構造を採用するとレーザービームが拡がっててくる。
【００９５】
一方、観察者側での隣り合う光線同士の間隔はビーム走査中の光源の強度変調速度で決定されるが、半導体レーザーなどを光源に用いた場合、きわめて高速な強度変調が可能となるため、隣り合う光線同士の間隔についてはかなり小さい値を達成することが可能となる。
【００９６】
しかし実際は観察者の瞳孔内に２本以上のビームが入射するという条件を満たせば十分で、おおよそ２ｍｍ以下であればよい。
【００９７】
このように用意されるハードウエアの仕様に対して画素ピッチに要求されるスペックは高すぎて、光線同士の間隔については低すぎる。
【００９８】
本実施形態２は各構成要素を適切に設定し、解像度の高い立体画像を容易に観察することができるようにしたものである。
【００９９】
図１１は本発明の実施形態２の要部平面図である。
【０１００】
本実施形態は図１の実施形態１に比べて画素と光偏向点の位置関係を逆転するために光偏向手段４と副走査方向に光ビームを拡散させる拡散手段５との間にリレー光学系１０を挿入し、拡散手段５をリレー光学系１０近傍に配置しているという点が大きく異なる。リレー光学系１０を挿入したために光偏向点ｆ１〜ｆｎは観察者６又はその近傍に像ｆ１′〜ｆｎ′として空中結像し、観察者はこれら光偏向点を視点として、多数の視差画像が拡散手段５上に形成されているのを観察することになる。
【０１０１】
実施形態１と実施形態２の主たる差異を図１２、図１３を用いて説明する。実施形態１では拡散手段５上に形成される光偏向点の集合が、画素の集合として観察者に認識される。この画素からは様々な方向に光ビームが出射するが、その方向は光偏向手段４への光ビームの入射位置によって異なっており、光ビームの強度を時間的に変調すれば、この画素が観察方向に依存した輝度変化を有するように認識される。一方、実施形態２では観察者が画素として認識するのは図１３に示すように光ビームが拡散手段５と交わる点であって、光偏向点は光収束点５ａとして空中に結像している。この光収束点５ａ位置から拡散手段５の方向を観察すると、拡散手段５上に形成される２次元画像情報の全貌を観察することができる。
【０１０２】
光収束点が空中に密に並んでいる場合、観察者は単眼で複数の視差画像を同時に観察する状況となり、観察者は光ビーム同士の交点を空中の輝点として認識することができる。このように実施形態１と２では光偏向点の位置や役割が全く異なる。どちらの実施形態においても、上記のような「超多眼領域」の立体表示を達成するためには視点の間隔約２ｍｍ以下、画素ピッチ約１ｍｍ以下とするのが良い。
【０１０３】
本実施形態ではこのスペックを容易に達成できる構成となっている。
【０１０４】
本実施形態において観察位置６ａにおける光ビームの水平幅を一定値以下に抑えるための光学的な工夫について図１４、図１５を用いて説明する。
【０１０５】
図１４、図１５はいずれもリレー光学系１０近傍を拡大したものである。
【０１０６】
観察位置６ａにおいて光ビーム水平幅が拡がらないようにするためには観察者の眼に入射する光ビームが主走査面（ＸＺ面）内について平行光状態であることが望ましい。このことはリレー光学系１０を射出する光ビームがリレー光学系１０によってコリメートされていることを意味するので、図１４に示すように光ビームをリレー光学系１０の焦点面１０ａにおいて一度収束する設計とすればよい。なお、光ビームをそのような状態にするためには光ビーム走査手段１、補正光学系２、フィールド光学系３、周期的光偏向手段４の設計時に、光源から出た光ビームがリレー光学系１０の焦点面１０ａに一度収束するような設計を行う。
【０１０７】
さらに、観察位置６ａにおける光ビームの水平幅をより細くするためには光ビームが観察位置６ａ又はその近傍で収束する仕様とすることが有効である。
【０１０８】
この場合、図１５に示すように光ビームを図中の面Ｐ３で一度収束させ、リレー光学系１０に関して面Ｐ３と共役な面Ｐ４が観察位置６ａ近傍に配置されるような光学設計を行えばよい。なお、光ビームをそのような状態にするためには
光ビーム走査手段１、補正光学系２、フィールド光学系３、周期的光偏向手段４の設計時に、光源から出た光ビームがＰ３面に一度収束するような設計を行う。
【０１０９】
リレー光学系１０は大型の正レンズ（大凸レンズ）などで構成できるが、図１６に示すように大型の凹面ミラー（大凹面ミラー）１１などの反射光学系を用いることもできる。（図は見やすくするためにフィールド光学系３より光源側の部材、光路を省略してある）。拡散手段５については、図７と同様に大凹ミラー１１の表面に副走査方向の微細な凹凸またはレンチキュラの周期構造を形成する事で与えることもできるし、図１６中のように大凹ミラー１１に密着させる形で拡散手段５を設置し、二重像を発生させることなく縦方向のみの拡散を達成することができる。
【０１１０】
もちろん、この場合も反射型光学系を使用していることにより再生される立体像と光ビーム走査手段１などの主要部品の位置とが干渉しやすいので、フロントプロジェクターシステムのように鉛直方向について偏心した光学配置となっていることが望ましい。
【０１１１】
画素と光偏向点の位置関係を逆転するためにリレー光学系１０を用いる構成は、
実施形態１のすべての構成例に適用することができる。
【０１１２】
特に図１７のように複合レンチ凹面鏡９に大凹ミラー１１を適用すると光学系のほとんどが反射系となり、色収差が少なく、大型化が容易で、部品数の少ない立体像表示装置を構成することができる。
【０１１３】
尚リレー光学系１０は主走査断面内のみにパワーのあるシリンドリカルレンズを用いても良い。
【０１１４】
又、リレー光学系１０は拡散手段５の観察者側に設けても良い。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明によれば「超多眼領域」を利用して、立体像の表示を行う際、視点の数だけ光源およびそれに付随する駆動回路等を用意しなくても良く、又観察位置で光ビームの届く範囲にばらつきが発生するのを解消し、また、光ビーム偏向点の集合で形成する２次元情報の水平方向の解像度を高めながらも観察位置での光ビームの水平幅が拡がらないよう抑制し、立体画像を良好に観察することができる立体画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】  図１の一部分の拡大説明図
【図３】  図１の一部分の拡大説明図
【図４】  図１の一部分の拡大説明図
【図５】  本発明の実施形態１の一部分を変更したときの概略図
【図６】  本発明の実施形態１の一部分を変更したときの概略図
【図７】  図６の一部分の説明図
【図８】  本発明の実施形態１の一部分を変更したときの概略図
【図９】  図８の一部分の説明図
【図１０】  図８の一部分の説明図
【図１１】  本発明の実施形態２の要部概略図
【図１２】  図１１の一部分の拡大説明図
【図１３】  図１１の一部分の拡大説明図
【図１４】  図１１の一部分の拡大説明図
【図１５】  図１１の一部分の拡大説明図
【図１６】  本発明の実施形態２の一部分を変更したときの概略図
【図１７】  本発明の実施形態２の一部分を変更したときの概略図
【図１８】  従来の立体像表示装置の概略図
【図１９】  従来の立体像表示装置の概略図
【図２０】  従来の立体像表示装置の概略図
【図２１】  図２０の一部分の説明図
【図２２】  図２０の一部分の説明図
【符号の説明】
１  光ビーム走査手段
２  補正光学系
３  フィールド光学系
４  光偏向手段
５  拡散手段
６  観察者
７  ハイブリット光偏向手段
８  レンチ凹面鏡
９  複合レンチ凹面鏡
１０  リレー光学系
１１  凹面ミラー
２１  光変調手段
【図１】
0003667245.tif 000003
【図２】
0003667245.tif 000004
【図３】
0003667245.tif 000005
【図４】
0003667245.tif 000006
【図５】
0003667245.tif 000007
【図６】
0003667245.tif 000008
【図７】
0003667245.tif 000009
【図８】
0003667245.tif 000010
【図９】
0003667245.tif 000011
【図１０】
0003667245.tif 000012
【図１１】
0003667245.tif 000013
【図１２】
0003667245.tif 000014
【図１３】
0003667245.tif 000015
【図１４】
0003667245.tif 000016
【図１５】
0003667245.tif 000017
【図１６】
0003667245.tif 000018
【図１７】
0003667245.tif 000019
【図１８】
0003667245.tif 000020
【図１９】
0003667245.tif 000021
【図２０】
0003667245.tif 000022
【図２１】
0003667245.tif 000023
【図２２】
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