(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
右目用の画面と左目用の画面とを備え、観察者の右目には、前記右目用の画面のみを、前記観察者の左目には、前記左目用の画面のみを見せることによって前記観察者に立体感のある画面を見せる立体視装置において、前記右目用の画面を正立等倍で結像させる右目用の光学部材を前記右目用の画面を写像し得る位置に設け、前記左目用の画面を正立等倍で結像させる左目用の光学部材を前記左目用の画面を写像し得る位置に設けるとともに、前記右目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の右目のみで見えるように該右目用の光学部材を設置し、前記左目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の左目のみで見えるように該左目用の光学部材を設置し、前記右目用の光学部材及び前記左目用の光学部材は、複数の屈折率分布型ロッドレンズをそれらの両端面がそれぞれ同一平面となるように配列したレンズ部材であることを特徴とする空中立体視装置。
【請求項２】
右目用の画面と左目用の画面とを備え、観察者の右目には、前記右目用の画面のみを、前記観察者の左目には、前記左目用の画面のみを見せることによって前記観察者に立体感のある画面を見せる立体視装置において、前記右目用の画面を正立等倍で結像させる右目用の光学部材を前記右目用の画面を写像し得る位置に設け、前記左目用の画面を正立等倍で結像させる左目用の光学部材を前記左目用の画面を写像し得る位置に設けるとともに、前記右目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の右目のみで見えるように該右目用の光学部材を設置し、前記左目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の左目のみで見えるように該左目用の光学部材を設置し、前記右目用の光学部材及び前記左目用の光学部材は、複数の微小凸レンズを配列してなるマイクロレンズプレートを複数枚、所定間隔で配置したレンズ部材であり、前記各々のマイクロレンズプレートに設けられている前記各微小凸レンズは、前記各々のマイクロレンズプレート間で光軸を合わせて、すなわち同一の光軸を持つように配列されている空中立体視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スクリーンやディスプレイなどの物体が何も無い空間において、立体像を視認することができる空中立体視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から眼鏡無しで、両眼の視差を利用した種々の方式の立体表示装置が知られている。代表的な方式として、例えばレンチキュラーレンズ方式がある。このレンチキュラーレンズ方式をはじめ、従来の眼鏡を使わずに両眼の視差を利用する立体表示装置は、ディスプレイ（ＬＣＤなど）またはスクリーンに右目用の所定の画像と左目用の所定の画像とを表示し、右目には右目用の画像のみを、左目には左目用の画像のみを見せるシステムとすることにより観察者に立体感を持たせた画像を見せていた。
【０００３】
なお、本明細書において、画像という言葉は、図、絵、写真及び動画をも含めた意味で用いるものとする。
【０００４】
図１に、レンチキュラーレンズ方式の原理図を示す。スクリーン（拡散板）５に右目用と左目用の映像を互い違いにストライプ状に並べた画像を映し出し、レンチキュラーレンズ６により、観察者の右目４ａには右目用の画像だけを、左目４ｂには左目用の画像だけを見せるようにしている。
従来の眼鏡無しで、両眼の視差を利用する立体視装置は、スクリーンもしくはディスプレイ画面等の表示物に右目用の画像と左目用の画像を映し出す点は、他の方式、例えばパララックスバリヤ方式でも同様である。
【０００５】
従来の眼鏡無しで両眼の視差を利用した立体装置は、スクリーンに映像を映し出すかディスプレイに直接、画像を表示するかの相違はあっても、その原理は、レンチキュラーレンズ方式と同様であり、必ず、スクリーンだとかディスプレイだとかの物体上に表示された画像を観察者が視ることによって、立体感を該観察者に得させる方式であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の眼鏡なしの立体視装置とは異なる構成による立体視装置を提供することにある。すなわち、表示物が存在しない空中において、右目用の像と左目用の像を結ばせ、該右目用の像及び左目用の像を２眼視差により観察者に立体視させる空中立体視装置を提供することにある。
また、従来の眼鏡無しで両眼の視差を利用した立体装置は、１枚の画像に右目と左目の画像を混在させ、該画像を右目用と左目用とに分離しているため、画面が暗く感じるという欠点があった。本発明は、画面の明るい立体視装置を提供することをも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる空中立体視装置は、上記した目的を達成したもので、右目用の画面と左目用の画面とを備え、観察者の右目には、前記右目用の画面のみを、前記観察者の左目には、前記左目用の画面のみを見せることによって前記観察者に立体感のある画面を見せる立体視装置であり、次のような構成である。
【０００８】
請求項１は、前記右目用の画面を正立等倍で結像させる右目用の光学部材を前記右目用の画面を写像し得る位置に設け、前記左目用の画面を正立等倍で結像させる左目用の光学部材を前記左目用の画面を写像し得る位置に設けるとともに、前記右目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の右目のみで見えるように該右目用の光学部材を設置し、前記左目用の光学部材によって写像された画面は、観察者の左目のみで見えるように該左目用の光学部材を設置したことを特徴としている。
【０００９】
請求項１は、空中立体視装置において、前記右目用の光学部材及び前記左目用の光学部材は、屈折率分布型ロッドレンズをその両端面がそれぞれ平面となるように、複数配列したレンズ部材である。ここで、屈折率分布型ロッドレンズというのは、中心軸から周辺へ放物線状の屈折率分布を持つ光ファイバのレンズであり、所定長の屈折率分布型ロッドレンンズは、所定位置にある物体を所定位置へ写像する機能を有する。
【００１０】
請求項２は、空中立体視装置において、前記右目用の光学部材及び前記左目用の光学部材は、複数の微小凸レンズを配列してなる複数枚のマイクロレンズプレートを所定間隔、隔てて配置したレンズ部材からなるものである。前記各々のマイクロレンズプレートに設けられている前記各微小凸レンズは、前記各々のマイクロレンズプレート間で光軸を合わせて、すなわち同一の光軸を持つように配列している。
【００１１】
【作用】
図２は、物体を正立等倍で結像させる光学部材の作用を説明するための模式図である。
図２において、物体を正立等倍で結像させる光学部材３は、所定位置にある物体１を所定位置へ像２として伝送（写像）する。当然、点イは点ロへ、点ハは点ニへ写像される。つまり、物体１を構成する各点は、像２を構成する各点と１対１で対応している。
【００１２】
物体を正立等倍で結像させる光学部材３の物体１及び像２に面している両端面は、光線が入射または出射可能な範囲、すなわち開口角なる特性を持っている。つまり、点イを発して物体を正立等倍で結像させる光学部材３のＡ部の端面に達した光は、点イがＡ部の端面での開口角αの範囲（角度）内にあるので、Ａ部を介して点ロへ写像される。
【００１３】
これに対して、点ハを発して物体を正立等倍で結像させる光学部材３のＢ部の端面に達した光は、Ｂ部の端面での開口角αの範囲外にあるので、Ｂ部の中に進入できず反射してしまう。
【００１４】
一方、点ホにおいて、点ロを視ると、点ホは、物体を正立等倍で結像させる光学部材３のＡ部のもう一方の端面での開口角αの範囲内にあるので、点ロで結像している像を視ることができる。
しかし、点ヘから点ロを視ることは、点ヘはＡ部のもう一方の端面での開口角αの範囲外にあるので、Ａ部の端面での開口角αの範囲内にある点ロを視ることはできない。
つまり、点イを発し、物体を正立等倍で結像させる光学部材３のＡ部を介して点ロで結像した光は、点ヘは、達しない訳である。
【００１５】
本発明は、このような物体を正立等倍で結像させる光学部材３の光学特性を立体視に応用したもので、本発明の作用を図３を参照して説明する。
なお、以後、単に光学部材と言えば、物体を正立等倍で結像させる光学部材のことを意味するものとする。
【００１６】
所定位置に設けられる右目用の物体（画面）１ａを発した光線は、右目用の光学部材３ａの入射面及び左目用の光学部材３ｂの入射面に達する。ここで入射面というのは、光学部材（３ａ、３ｂ）の物体（１ａ、１ｂ）に向き合っている方の端面である。
【００１７】
右目用の光学部材（３ａ、３ｂ）の入射面に達した光線は、右目用の光学部材３ａ内を進み、その出射面から出射して、所定位置で結像する。
左目用の光学部材３ｂに達した光は、左目用の光学部材３ｂ内に進入できず、反射する。つまり、右目用の光学部材３ａは、右目用の物体（画面）１ａのみを結像させる。また、右目用の光学部材３ａから出射し、空中の所定位置において結像した像２ａは、右目４ａのみで見える。
なぜなら、光学部材（３ａ、３ｂ）は、所定の開口角αを持っており、右目用の物体（画面）１ａは、左目用の光学部材３ｂの端面での開口角αの外側、つまり範囲（角度）外に位置しているからである。
【００１８】
同様に、右目用の光学部材３ａを出射した光線は、所定の開口角αの外側には、出ることができない。左目４ｂは、右目用の光学部材３ａの出射面の開口角αの外側にあり、左目４ｂで、右目用の光学部材３ａが結像させた右目用の物体（画面）１ａの像２ａを視ることはできない。
【００１９】
従って、右目４ａには、右目用の物体（画面）１ａの空中に浮かんだ像２ａのみが見えることになる。
同様の理由により、左目４ｂには、左目用の物体（画面）１ｂの空中に浮かんだ像２ｂのみが見えることになる。
よって、所定の物体（画面）１ａと所定の物体（画面）１ｂを用意すれば、像２ａと像２ｂによる立体像を視ることができる。
【００２０】
【実施例】
図４及び図５を参照して本発明に係わる空中立体視装置の実施例を説明する。図４は、本発明に係わる空中立体視装置の一実施例を示す略体縦断面図である。
【００２１】
右目用のディスプレイ９ａには、当業者の所望の右目用の画像を用意し、表示する。左目用のディスプレイ９ｂには、当業者の所望の左目用の画像を用意し、表示する。
右目用のディスプレイ９ａに表示された物体（画面）１ａすなわち右目用の画像を像として伝送しうるように、右目用の光学部材３ａを設置する。右目４ａでは、右目用の像２ａのみが見える。同様に、左目４ｂでは、左目用の像２ｂのみが見える。
【００２２】
光学部材（３ａ、３ｂ）は、所定位置にある物体を正立等倍で実像として所定位置へ伝送（写像）する機能を有するレンズであれば、何でもよい。
例えば、正立等倍で実像を形成する機能を有する所定長の屈折率分布型ロッドレンズを複数本、その両端面が同一平面を為すように配列させたものが推奨できる。
【００２３】
図５は、本発明に係わる空中立体視装置の一実施例を示す略体縦断面図である。
基本的な構成は、図４と同様である。ディスプレイ（９ａ、９ｂ）と光学部材（３ａ、３ｂ）の配置は、光学部材の（３ａ、３ｂ）の開口角で主として決定される。
【００２４】
つまり、右目４ａが、右目用の光学部材３ａの端面での開口角の範囲内にあり、左目４ｂが左目用の光学部材３ｂの端面での開口角の範囲内にあるように、ディスプレイ（９ａ、９ｂ）及び光学部材（３ａ、３ｂ）を設置する。
【００２５】
なお、上述してきたように、左目４ｂで右目用の像２ａ、右目４ａで左目用の像２ｂが見えないように光学部材（３ａ、３ｂ）及びディスプレイ（９ａ、９ｂ）を配置することが重要である。
【００２６】
図６は、光学部材の一実施例を示す側面図である。
光学部材としては、上記した屈折率分布型レンズを複数配列したものの他に、複数枚のマイクロレンズプレートを使用してもよい。
【００２７】
マイクロレンズプレートは、微小凸レンズを１枚の平板内にマトリクス様に配列させたもので、１枚のマイクロレンズプレートは、個々の微小凸レンズ毎に倒立実像を形成させる作用を持つ。
【００２８】
図６は、光学部材（３ａ、３ｂ）として、３枚のマイクロレンズプレート（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を所定間隔、空けて並べたことを示している。各マイクロレンズプレート間の媒質は、空気１２でよい。枠１１は、３枚のマイクロレンズプレート（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を保持固定するための部材である。
【００２９】
３枚のマイクロレンズプレート（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の各微小凸レンズの光軸は、３枚のマイクロレンズプレート間で一致させておく。つまり、１本の光軸が三つの微小凸レンズの共通の光軸となるようにしておく。
そのように３枚のマイクロレンズプレートを設けておけば、物体が全体として正立実像として伝送されることになる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載される効果を奏する。
観察者は、右目４ａで空中に浮かんでいる右目用の像２ａ及び左目４ｂで空中に浮かんでいる左目用の像２ｂを視ることによって、立体感のある画像を視ることができる。
【００３１】
空中に右目用及び左目用の像（２ａ、２ｂ）が形成されているところは、ディスプレイ画面またはスクリーン等の物体が何も存在していない。
従って、本発明によれば、表示物の何も無い空間において、立体像を視認することができる空中立体視装置を提供することが可能であり、従来の立体視装置では得られなかった、物体（スクリーン等）が存在していない空中に立体像が浮かんで見えるという興趣深い映像を楽しむことができる。
【００３２】
また、本発明に係わる空中立体視装置は、右目４ａには右目用の画面１ａ、左目４ｂには左目用の画面１ｂが用意されるのであって、１枚の画面を左右の目用に振り分けているいるわけではないので、従来のレンチキュラーレンズ方式やパララックスバリヤ方式よりも明るい立体像を楽しむことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンチキュラーレンズ方式の原理図
【図２】物体を正立等倍で結像させる光学部材の作用を説明するための模式図
【図３】本発明に係わる空中立体視装置の作用を説明するための模式図
【図４】本発明に係わる空中立体視装置の一実施例を示す略体縦断面図
【図５】本発明に係わる空中立体視装置の一実施例を示す略体略体縦断面図
【図６】光学部材の一実施例を示す側面図
【符号の説明】
１  物体
１ａ  右目用の物体（画面）
１ｂ  左目用の物体（画面）
２  像
２ａ  右目用の像
２ａ  左目用の像
３  （物体を正立等倍で結像させる）光学部材
３ａ  右目用の光学部材
３ｂ  左目用の光学部材
４ａ  右目
４ｂ  左目
５  スクリーン（拡散板）
６  レンチキュラーレンズ
７  プロジェクタ
８  映像再生装置
９ａ  右目用のディスプレイ
９ｂ  左目用のディスプレイ
１０ａ  倒立実像形成（反転）用マイクロレンズプレート
１０ｂ  光線進行方向調整用マイクロレンズプレート
１０ｃ  正立実像形成（再反転）用マイクロレンズプレート
１１  枠
１２  空気
Ｒ  右目用映像映写部
Ｌ  左目用の映像映写部
α  開口角
Ａ  光学部材を構成している一部分
Ｂ  光学部材を構成している一部分
【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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