(57)【要約】【課題】  眼鏡や特殊なディスプレイを用いないで立体視を提供する従来の方式では凹面鏡を用いて観察者の右眼と左眼の各々に共役な位置に映写機を対応させる方式がある。その場合観察者が左右に僅かに動くと観察者に見える映像が大きく動くため、映写機の位置を動きに追従させる必要があった。本発明は装置の一部を観察者の動きに追従させる必要のない方式を提供する。【解決手段】  集光型スクリーンＳを用い、平面図上で右眼の共役位置近傍に十分大きな光路制御物をおいて視線を右眼用画面に導き、同様に左眼の視線を左眼用画面に導く。さらに画面を大きくして映像の動きを抑える。また画面からの光をＳ上に結像させて映像の動きを止める。さらに眼の移動に伴い視差の異なる画像に次々と移行する方式で眼の可動範囲を広げる。【選択図】  図１
2006309115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳｏからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、ＰＭの右側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＲとしＰＭの左側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＬとし、さらにＳに関しＥＲと共役な点をＣＥＲとしＥＬと共役な点をＣＥＬと定め、ＣＥＲとＣＥＬ間の距離をＤＣＥと呼ぶとき、上記光路制御物はＭＲとＭＬからなり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり右眼用画像ＤＲおよび左眼用画像ＤＬを別々の位置に表示し、ＥＲとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＲを配置しその後の光路の延長上にＤＲを配置しこの光路を右光軸と呼び、ＥＬとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＬを配置しその後の光路の延長上にＤＬを配置しこの光路を左光軸と呼び、しかもＭＲがＣＥＲ近傍上に位置しＭＬがＣＥＬ近傍上に位置し、ＭＲの横幅が５０ｍｍと右拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と右拡散値の和以上あり同時にＭＬの横幅が５０ｍｍと左拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と左拡散値の和以上あり、これによりＥＲからＤＲの像が見え同時にＥＬからＤＬの像が見え、これらＤＲの像とＤＬの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項２】
集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記光路制御物はレンズを用いるが凹面鏡を用いず、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳｏからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、ＰＭの右側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＲとしＰＭの左側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＬとし、さらにＳに関しＥＲと共役な点をＣＥＲとしＥＬと共役な点をＣＥＬと定め、ＣＥＲとＣＥＬ間の距離をＤＣＥと呼ぶとき、上記光路制御物はＭＲとＭＬからなり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり右眼用画像ＤＲおよび左眼用画像ＤＬを別々の位置に表示し、ＥＲとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＲを配置しその後の光路の延長上にＤＲを配置しこの光路を右光軸と呼び、ＥＬとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＬを配置しその後の光路の延長上にＤＬを配置しこの光路を左光軸と呼び、しかもＭＲがＣＥＲ近傍上に位置しＭＬがＣＥＬ近傍上に位置し、ＭＲの横幅が６０ｍｍと右拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と右拡散値の和以上あり同時にＭＬの横幅が６０ｍｍと左拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と左拡散値の和以上あり、これによりＥＲからＤＲの像が見え同時にＥＬからＤＬの像が見え、これらＤＲの像とＤＬの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、少なくともＭＲの中央を通るＤＲからの光がＭＲにより進行方向を変えられているか、あるいはＭＬの中央を通るＤＬからの光がＭＬにより進行方向を変えられており、ＤＲ及びＤＬの各々のＸ軸方向の幅がＤＣＥより大きいことを特徴とする立体映像装置。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、少なくともＭＲの中央を通るＤＲからの光がＭＲにより進行方向を変えられているか、あるいはＭＬの中央を通るＤＬからの光がＭＬにより進行方向を変えられており、ＤＲ及びＤＬの各々のＸ軸方向の幅が６５ｍｍより大きいことを特徴とする立体映像装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、Ｘ軸方向に関するＭＲの焦点距離がＤＲの光をＳ上に結像させる値であり、同時にＸ軸方向に関するＭＬの焦点距離がＤＬの光をＳ上に結像させる値であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項６】
請求項１に記載のものにおいて、ＭＲがＤＲからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭＲとの距離がＭＲからＳまでの距離の８３％以上１２５％以下であり、同時にＭＬがＤＬからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭＬとの距離がＭＬからＳまでの距離の８３％以上１２５％以下であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項７】
請求項１に記載のものにおいて、Ｓが２つの焦点をもつ回転楕円面型凹面鏡であり、Ｓの２焦点をＡ、Ｂとおくとき、ＰＭをＡ、Ｂどちらか一方の位置とすることを特徴とする立体映像装置。
【請求項８】
請求項１に記載のものにおいて、ＤＲの光がＥＲに達する光路に関してＭＲが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有し、ＤＬの光がＥＬに達する光路に関してＭＬが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有することを特徴とする立体映像装置。
【請求項９】
請求項１に記載のものにおいて、閾値ＴＨを０以上６５ｍｍ以下の値とし、Ｓと観察者間の距離を測定し、ＳとＰＭ間の距離と測定された値との差がＴＨ以上である場合にその差をＴＨ以下に縮めるようにＰＭ、ＥＲ、ＥＬの設定値を更新し、これによりＥＲの共役点ＣＥＲの位置を更新し同時にＥＬの共役点ＣＥＬの位置を更新し、そしてＭＲとＣＥＲの距離を更新前後で一定になるようにＭＲを移動し同時にＭＬとＣＥＬの距離を更新前後で一定になるようにＭＬを移動し、以上のことを自動で行うことを特徴とする立体映像装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のものにおいて、仮にＳからＭＲとＭＬに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を変えずにＣＥＲの位置とＣＥＬの位置を更新したときのＣＥＲの移動量をＤＩＳＲとしＣＥＬの移動量をＤＩＳＬとおくとき、実際にはＳからＭＲとＭＬに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を上記測定された値に基づいて変えることにより、ＣＥＲの移動量を０以上ＤＩＳＲ未満に変え同時にＣＥＬの移動量を０以上ＤＩＳＬ未満に変えることを特徴とする立体映像装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のものにおいて、Ｓと観察者の距離を測定する際に観察者からの光がＳによって映される像を分析して測定することを特徴とする立体映像装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のものにおいて、上記画像表示用のディスプレイは１台でありＤＲとＤＬを並べた画像を表示することを特徴とする立体映像装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のものにおいて、右眼用画像ＤＲの視界と左眼用画像ＤＬの視界が被写体の中心付近を共有しているが、それより右側はＤＲだけが有しておりそれより左側はＤＬだけが有している映像を使用することを特徴とする立体映像装置。
【請求項１４】
集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、Ｓに関しＰＭと共役な点をＣＰＭとおくとき、上記光路制御物ＭはＣＰＭ上に配置され、さらにＭは３個以上の部分Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎからなり、Ｍ１の左端の位置をＣＰ０とおきＣＰ０の共役点をＰ０とおき、１からｎまでの各ｋに対して、Ｍｋの右端の位置をＣＰｋとおきＣＰｋの共役点をＰｋとおき、Ｍｋの中央の位置をＣＱｋとおきＣＱｋの共役点をＱｋとおき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差をＰｎとＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくとき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差の絶対値は１３０ｍｍにＲＴを乗じた値より大きく、２からｎ−１までの各ｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差の絶対値は７０ｍｍにＲＴを乗じた値未満であり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり画像Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎを別々の位置に表示し、１からｎまでの各ｋに対して、ＱｋとＳｏを結ぶ光路の延長がＭｋに達した後の延長上にＤｋを配置しこの光路を光軸ｋと呼び、これにより観察者の左眼が位置すると想定する位置ＥＬがＰｋ−１からＰｋの間にある時ＥＬからＤｋの像が見え、そしてＤｋ−１の像とＤｋの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であるＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを用いることを特徴とする立体映像装置。
【請求項１５】
集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記光路制御物はレンズを用いるが凹面鏡を用いず、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、Ｓに関しＰＭと共役な点をＣＰＭとおくとき、上記光路制御物ＭはＣＰＭ上に配置され、さらにＭは３個以上の部分Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎからなり、Ｍ１の左端の位置をＣＰ０とおきＣＰ０の共役点をＰ０とおき、１からｎまでの各ｋに対して、Ｍｋの右端の位置をＣＰｋとおきＣＰｋの共役点をＰｋとおき、Ｍｋの中央の位置をＣＱｋとおきＣＱｋの共役点をＱｋとおき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差をＰｎとＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくとき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差の絶対値は１９５ｍｍにＲＴを乗じたより大きく、２からｎ−１までの各ｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差の絶対値は７０ｍｍにＲＴを乗じた値未満であり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり画像Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎを別々の位置に表示し、１からｎまでの各ｋに対して、ＱｋとＳｏを結ぶ光路の延長がＭｋに達した後の延長上にＤｋを配置しこの光路を光軸ｋと呼び、これにより観察者の左眼が位置すると想定する位置ＥＬがＰｋ−１からＰｋの間にある時ＥＬからＤｋの像が見え、そしてＤｋ−１の像とＤｋの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であるＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを用いることを特徴とする立体映像装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載のものにおいて、各Ｍｋは凸レンズと平面鏡と凹レンズを用いており、ＱｋとＳｏを結ぶ光路を延長するとまず凸レンズＵｋ次に平面鏡Ｖｋ次に凹レンズＷｋを通過した後Ｄｋに向かう構造を有し、このときＶｋはｋ毎にその面の方向を替えていることを特徴とする立体映像装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載のものにおいて、Ｍｋが光軸ｋの進行方向を変えており、ＤｋのＸ軸方向の幅が６５ｍｍより大きいことを特徴とする立体映像装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載のものにおいて、Ｘ軸方向に関するＭｋの焦点距離がＤｋの光をＳ上に結像させる値であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載のものにおいて、ＭｋがＤｋからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭｋとの距離がＭｋからＳまでの距離の９１％以上１１１％以下であることを特徴とする立体映像装置。
【請求項２０】
請求項１４に記載のものにおいて、Ｓが２つの焦点をもつ回転楕円面型凹面鏡であり、Ｓの２焦点をＡ、Ｂとおくとき、ＰＭをＡ、Ｂどちらか一方の位置とすることを特徴とする立体映像装置。
【請求項２１】
請求項１４に記載のものにおいて、上記ディスプレイＤｋの光がＱｋに達する光路に関して上記光路制御物Ｍｋが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有することを特徴とする立体映像装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載のものにおいて、閾値ＴＨを０以上６５ｍｍ以下の値とし、Ｓと観察者間の距離を測定し、ＳとＰＭ間の距離と測定された値との差がＴＨ以上である場合にその差をＴＨ以下に縮めるようにＰＭの設定値を更新し、これによりＰＭの共役点ＣＰＭの位置を更新しそこに上記光路制御物Ｍを移動し、以上のことを自動で行うことを特徴とする立体映像装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載のものにおいて、仮にＳからＭに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を変えずにＣＰＭの位置を更新したときのＣＰＭの移動量をＤＩＳＰＭとおくとき、実際にはＳからＭに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を上記測定された値に基づいて変えることにより、ＣＰＭの移動量を０以上ＤＩＳＰＭ未満に変えることを特徴とする立体映像装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載のものにおいて、Ｓと観察者の距離を測定する際に観察者からの光がＳによって映される像を分析して測定することを特徴とする立体映像装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載のものにおいて、上記画像表示用のディスプレイは１台でありＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを並べた画像を表示することを特徴とする立体映像装置。
【請求項２６】
請求項１４に記載のものにおいて、画像Ｄｋの視界と画像Ｄｋ−１の視界が被写体の中心付近を共有しているが、それより右側はＤｋだけが有しておりそれより左側はＤｋ−１だけが有している映像を使用することを特徴とする立体映像装置。
【請求項２７】
スクリーンＵＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記スクリーンＵＳは複数の集光型スクリーンＳ１、Ｓ２、…Ｓｍからなり、ｋによらない点ＰＭ、ＥＲ、ＥＬを定めておき、１からｍの各ｋについてＳｋをスクリーンＳとして請求項１に記載の立体映像を行うことを特徴とする立体映像装置。
【請求項２８】
スクリーンＵＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記スクリーンＵＳは複数の集光型スクリーンＳ１、Ｓ２、…Ｓｍからなり、ｋによらない点ＰＭを定めておき、１からｍの各ｋについてＳｋをスクリーンＳとして請求項１４に記載の立体映像を行うことを特徴とする立体映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は立体映像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  観察者の右眼に見せるための映像と左眼に見せるための映像を表示して立体映像を提供する方式には眼鏡を要する方式（例えば特許文献１参照）と要しない方式がある。眼鏡を要しない方式として視差バリア方式（例えば、特許文献２及び非特許文献１参照。）およびレンティキュラ方式（例えば、非特許文献１参照。）があり、またシャープのツインＬＣＤ方式がある（例えば、非特許文献１参照。）。さらに大型凹面鏡や大型凸レンズを用いる方式がある（例えば、特許文献３および非特許文献２参照。）。また二鏡式ステレオビュアーがある（非特許文献３参照。）。また再帰性反射材を利用した立体視が知られている。（例えば、特許文献４および特許文献５および非特許文献２参照。）
【特許文献１】特開平０８−３３４８４５号公報
【特許文献２】特開２００１−０９１８９８号公報
【特許文献３】特開平１０−２６８２３１号公報
【特許文献４】特開平１０−１８６５２２号公報
【特許文献５】特公平０５−０１４８８２号公報
【非特許文献１】３Ｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＤＲ  Ｎｉｃｋ  Ｈｏｌｌｉｍａｎ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｄｕｒｈａｍ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｓｏｕｔｈ  Ｒｏａｄ，Ｄｕｒｈａｍ，ＤＨ１  ３ＱＪ．Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ８，２００２  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｕｒ．ａｃ．ｕｋ／ｃｏｍｐｕｔｅｒ．ｓｃｉｅｎｃｅ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ−ｒｅｐｏｒｔｓ／２００２／ｔｅｃｈ−ｒｅｐｏｒｔ＿０５＿０２．ｐｄｆ）
【非特許文献２】
2006309115.tif 000003
【非特許文献３】ステレオグラム・３Ｄの原理６  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ａｉｍｎｅｔ．ｎｅ．ｊｐ／ｎａｋａｈａｒａ／３ｄａｒｔ／３ｇｅｎｒｉ６．ｈｔｍｌ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  偏光を利用した従来の方式では眼鏡を必要とする。眼鏡を用いない方式のうち、レンティキュラ方式や視差バリア方式に関しては立体視用の特別なディスプレイの製作が必要であり高価なものとなる。すなわち第一に眼鏡や立体視用の特別なディスプレイを必要とするという問題がある。また従来の大型凸レンズや大型凹面鏡を用いる方式は映写機と観察者の眼を共役位置にとるが、映写機の口径は一般的なディスプレイに比して非常に小さいため眼の位置が左右に僅かでも動けば映写機は共役位置から外れるので、映像を提供し続けるためには映写機が追従して動く必要が生じるがその追従の速さには限界があり、また高価な技術が必要となる。すなわち第二に観察者の眼の位置が僅かでも動けば映像を見続けることが困難になるという問題がある。またシャープのツインＬＣＤ方式や二鏡式ステレオビュアー方式も同じ問題がある。【０００４】  本発明の目的は、眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いることなく立体視を実現し、観察者の眼が左右方向に小さく動いても装置の一部を追従させることなく立体視を保つ立体映像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】  請求項１に記載の本発明は、集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳｏからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、ＰＭの右側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＲとしＰＭの左側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＬとし、さらにＳに関しＥＲと共役な点をＣＥＲとしＥＬと共役な点をＣＥＬと定め、ＣＥＲとＣＥＬ間の距離をＤＣＥと呼ぶとき、上記光路制御物はＭＲとＭＬからなり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり右眼用画像ＤＲおよび左眼用画像ＤＬを別々の位置に表示し、ＥＲとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＲを配置しその後の光路の延長上にＤＲを配置しこの光路を右光軸と呼び、ＥＬとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＬを配置しその後の光路の延長上にＤＬを配置しこの光路を左光軸と呼び、しかもＭＲがＣＥＲ近傍上に位置しＭＬがＣＥＬ近傍上に位置し、ＭＲの横幅が５０ｍｍと右拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と右拡散値の和以上あり同時にＭＬの横幅が５０ｍｍと左拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と左拡散値の和以上あり、これによりＥＲからＤＲの像が見え同時にＥＬからＤＬの像が見え、これらＤＲの像とＤＬの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であることを特徴とする。【０００６】  請求項２に記載の本発明は、集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記光路制御物はレンズを用いるが凹面鏡を用いず、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳｏからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、ＰＭの右側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＲとしＰＭの左側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた点の一つをＥＬとし、さらにＳに関しＥＲと共役な点をＣＥＲとしＥＬと共役な点をＣＥＬと定め、ＣＥＲとＣＥＬ間の距離をＤＣＥと呼ぶとき、上記光路制御物はＭＲとＭＬからなり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり右眼用画像ＤＲおよび左眼用画像ＤＬを別々の位置に表示し、ＥＲとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＲを配置しその後の光路の延長上にＤＲを配置しこの光路を右光軸と呼び、ＥＬとＳｏを結ぶ光路の延長上にＭＬを配置しその後の光路の延長上にＤＬを配置しこの光路を左光軸と呼び、しかもＭＲがＣＥＲ近傍上に位置しＭＬがＣＥＬ近傍上に位置し、ＭＲの横幅が６０ｍｍと右拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と右拡散値の和以上あり同時にＭＬの横幅が６０ｍｍと左拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と左拡散値の和以上あり、これによりＥＲからＤＲの像が見え同時にＥＬからＤＬの像が見え、これらＤＲの像とＤＬの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であることを特徴とする。【０００７】  請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、少なくともＭＲの中央を通るＤＲからの光がＭＲにより進行方向を変えられているか、あるいはＭＬの中央を通るＤＬからの光がＭＬにより進行方向を変えられており、ＤＲ及びＤＬの各々のＸ軸方向の幅がＤＣＥより大きいことを特徴とする。【０００８】  請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、少なくともＭＲの中央を通るＤＲからの光がＭＲにより進行方向を変えられているか、あるいはＭＬの中央を通るＤＬからの光がＭＬにより進行方向を変えられており、ＤＲ及びＤＬの各々のＸ軸方向の幅が６５ｍｍより大きいことを特徴とする。【０００９】  請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、Ｘ軸方向に関するＭＲの焦点距離がＤＲの光をＳ上に結像させる値であり、同時にＸ軸方向に関するＭＬの焦点距離がＤＬの光をＳ上に結像させる値であることを特徴とする。【００１０】  請求項６に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、ＭＲがＤＲからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭＲとの距離がＭＲからＳまでの距離の８３％以上１２５％以下であり、同時にＭＬがＤＬからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭＬとの距離がＭＬからＳまでの距離の８３％以上１２５％以下であることを特徴とする。【００１１】  請求項７に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、Ｓが２つの焦点をもつ回転楕円面型凹面鏡であり、Ｓの２焦点をＡ、Ｂとおくとき、ＰＭをＡ、Ｂどちらか一方の位置とすることを特徴とする。【００１２】  請求項８に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、ＤＲの光がＥＲに達する光路に関してＭＲが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有し、ＤＬの光がＥＬに達する光路に関してＭＬが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有することを特徴とする。【００１３】  請求項９に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、閾値ＴＨを０以上６５ｍｍ以下の値とし、Ｓと観察者間の距離を測定し、ＳとＰＭ間の距離と測定された値との差がＴＨ以上である場合にその差をＴＨ以下に縮めるようにＰＭ、ＥＲ、ＥＬの設定値を更新し、これによりＥＲの共役点ＣＥＲの位置を更新し同時にＥＬの共役点ＣＥＬの位置を更新し、そしてＭＲとＣＥＲの距離を更新前後で一定になるようにＭＲを移動し同時にＭＬとＣＥＬの距離を更新前後で一定になるようにＭＬを移動し、以上のことを自動で行うことを特徴とする。【００１４】  請求項１０に記載の本発明は、請求項９に記載のものにおいて、仮にＳからＭＲとＭＬに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を変えずにＣＥＲの位置とＣＥＬの位置を更新したときのＣＥＲの移動量をＤＩＳＲとしＣＥＬの移動量をＤＩＳＬとおくとき、実際にはＳからＭＲとＭＬに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を上記測定された値に基づいて変えることにより、ＣＥＲの移動量を０以上ＤＩＳＲ未満に変え同時にＣＥＬの移動量を０以上ＤＩＳＬ未満に変えることを特徴とする。【００１５】  請求項１１に記載の本発明は、請求項９に記載のものにおいて、Ｓと観察者の距離を測定する際に観察者からの光がＳによって映される像を分析して測定することを特徴とする。【００１６】  請求項１２に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、上記画像表示用のディスプレイは１台でありＤＲとＤＬを並べた画像を表示することを特徴とする。【００１７】  請求項１３に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、右眼用画像ＤＲの視界と左眼用画像ＤＬの視界が被写体の中心付近を共有しているが、それより右側はＤＲだけが有しておりそれより左側はＤＬだけが有している映像を使用することを特徴とする。【００１８】請求項１４に記載の本発明は、集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、Ｓに関しＰＭと共役な点をＣＰＭとおくとき、上記光路制御物ＭはＣＰＭ上に配置され、さらにＭは３個以上の部分Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎからなり、Ｍ１の左端の位置をＣＰ０とおきＣＰ０の共役点をＰ０とおき、１からｎまでの各ｋに対して、Ｍｋの右端の位置をＣＰｋとおきＣＰｋの共役点をＰｋとおき、Ｍｋの中央の位置をＣＱｋとおきＣＱｋの共役点をＱｋとおき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差をＰｎとＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくとき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差の絶対値は１３０ｍｍにＲＴを乗じた値より大きく、２からｎ−１までの各ｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差の絶対値は７０ｍｍにＲＴを乗じた値未満であり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり画像Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎを別々の位置に表示し、１からｎまでの各ｋに対して、ＱｋとＳｏを結ぶ光路の延長がＭｋに達した後の延長上にＤｋを配置しこの光路を光軸ｋと呼び、これにより観察者の左眼が位置すると想定する位置ＥＬがＰｋ−１からＰｋの間にある時ＥＬからＤｋの像が見え、そしてＤｋ−１の像とＤｋの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であるＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを用いることを特徴とする。【００１９】  請求項１５に記載の本発明は、集光型スクリーンＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記光路制御物はレンズを用いるが凹面鏡を用いず、Ｓの横方向を左右方向またＸ軸方向とおき、Ｓの中央Ｓｏからの半画角が３０度以下でなおかつＳからの距離がＳの最短観察距離Ｌｏより大きい点の一つＰＭを定め、Ｓに関しＰＭと共役な点をＣＰＭとおくとき、上記光路制御物ＭはＣＰＭ上に配置され、さらにＭは３個以上の部分Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎからなり、Ｍ１の左端の位置をＣＰ０とおきＣＰ０の共役点をＰ０とおき、１からｎまでの各ｋに対して、Ｍｋの右端の位置をＣＰｋとおきＣＰｋの共役点をＰｋとおき、Ｍｋの中央の位置をＣＱｋとおきＣＱｋの共役点をＱｋとおき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差をＰｎとＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくとき、ＣＰｎとＣＰ０のＸ座標の差の絶対値は１９５ｍｍにＲＴを乗じたより大きく、２からｎ−１までの各ｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差の絶対値は７０ｍｍにＲＴを乗じた値未満であり、上記ディスプレイは１つ以上のディスプレイからなり画像Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎを別々の位置に表示し、１からｎまでの各ｋに対して、ＱｋとＳｏを結ぶ光路の延長がＭｋに達した後の延長上にＤｋを配置しこの光路を光軸ｋと呼び、これにより観察者の左眼が位置��ると想定する位置ＥＬがＰｋ−１からＰｋの間にある時ＥＬからＤｋの像が見え、そしてＤｋ−１の像とＤｋの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であるＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを用いることを特徴とする。【００２０】  請求項１６に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、各Ｍｋは凸レンズと平面鏡と凹レンズを用いており、ＱｋとＳｏを結ぶ光路を延長するとまず凸レンズＵｋ次に平面鏡Ｖｋ次に凹レンズＷｋを通過した後Ｄｋに向かう構造を有し、このときＶｋはｋ毎にその面の方向を替えていることを特徴とする。【００２１】  請求項１７に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、Ｍｋが光軸ｋの進行方向を変えており、ＤｋのＸ軸方向の幅が６５ｍｍより大きいことを特徴とする。【００２２】  請求項１８に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、Ｘ軸方向に関するＭｋの焦点距離がＤｋの光をＳ上に結像させる値であることを特徴とする。【００２３】  請求項１９に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、ＭｋがＤｋからの光をＸ軸方向に関して結像させる点とＭｋとの距離がＭｋからＳまでの距離の９１％以上１１１％以下であることを特徴とする。【００２４】  請求項２０に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、Ｓが２つの焦点をもつ回転楕円面型凹面鏡であり、Ｓの２焦点をＡ、Ｂとおくとき、ＰＭをＡ、Ｂどちらか一方の位置とすることを特徴とする。【００２５】  請求項２１に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、上記ディスプレイＤｋの光がＱｋに達する光路に関して上記光路制御物Ｍｋが映像の横方向のピントと縦方向のピントを一致させるような横方向の焦点距離と縦方向の焦点距離を有することを特徴とする。【００２６】  請求項２２に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、閾値ＴＨを０以上６５ｍｍ以下の値とし、Ｓと観察者間の距離を測定し、ＳとＰＭ間の距離と測定された値との差がＴＨ以上である場合にその差をＴＨ以下に縮めるようにＰＭの設定値を更新し、これによりＰＭの共役点ＣＰＭの位置を更新しそこに上記光路制御物Ｍを移動し、以上のことを自動で行うことを特徴とする。【００２７】  請求項２３に記載の本発明は、請求項２２に記載のものにおいて、仮にＳからＭに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を変えずにＣＰＭの位置を更新したときのＣＰＭの移動量をＤＩＳＰＭとおくとき、実際にはＳからＭに至る光路上におかれた別の光路制御物の配置を上記測定された値に基づいて変えることにより、ＣＰＭの移動量を０以上ＤＩＳＰＭ未満に変えることを特徴とする。【００２８】  請求項２４に記載の本発明は、請求項２２に記載のものにおいて、Ｓと観察者の距離を測定する際に観察者からの光がＳによって映される像を分析して測定することを特徴とする。【００２９】  請求項２５に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、上記画像表示用のディスプレイは１台でありＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを並べた画像を表示することを特徴とする。【００３０】  請求項２６に記載の本発明は、請求項１４に記載のものにおいて、画像Ｄｋの視界と画像Ｄｋ−１の視界が被写体の中心付近を共有しているが、それより右側はＤｋだけが有しており���れより左側はＤｋ−１だけが有している映像を使用することを特徴とする。【００３１】  請求項２７に記載の本発明は、スクリーンＵＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記スクリーンＵＳは複数の集光型スクリーンＳ１、Ｓ２、…Ｓｍからなり、ｋによらない点ＰＭ、ＥＲ、ＥＬを定めておき、１からｍの各ｋについてＳｋをスクリーンＳとして請求項１に記載の立体映像を行うことを特徴とする。【００３２】  請求項２８に記載の本発明は、スクリーンＵＳと光路制御物と画像表示用のディスプレイを用いる立体映像装置であり、上記スクリーンＵＳは複数の集光型スクリーンＳ１、Ｓ２、…Ｓｍからなり、ｋによらない点ＰＭを定めておき、１からｍの各ｋについてＳｋをスクリーンＳとして請求項１４に記載の立体映像を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】  請求項１に記載の本発明の立体映像装置によれば、眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いることなく、観察者がその右眼をＥＲの位置におき左眼をＥＬの位置に置くと立体映像を提供し、さらに観察者の両眼が左右方向に幅５０ｍｍにわたって任意に動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。【００３４】  請求項２に記載の本発明の立体映像装置によれば、眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いることなく、観察者がその右眼をＥＲの位置におき左眼をＥＬの位置に置くと立体映像を提供し、さらに観察者の両眼が左右方向に幅６０ｍｍ、但し条件によっては５０ｍｍ、にわたって任意に動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。さらに光路制御物として凹面鏡よりもレンズを用いる方が収差を抑える設計の自由度があるという利点がある。【００３５】  請求項３に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑える。【００３６】  請求項４に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑える。【００３７】  請求項５に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。【００３８】  請求項６に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を約８０％以上除く。同時に映像の結像位置をＳから少しずらすことにより映像がスクリーンから浮き上がった様に見せることと、逆に映像がスクリーンの奥にある様に見せることを選択できる。【００３９】  請求項７に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、広い視野角にわたって収差を小さく抑えつつＳから上記光路制御物までの光路長を長くとることができる。そのため画質を保ちつつ上記光路制御物を観察者から離して煩わしく感じさせなくでき、さらに上記光路制御物が凹面鏡の場合は反射の際の収差を小さく抑え、また上記光路制御物がレンズの場合はレンズに要求されるＦナンバーを緩和して設計の自由度をもたせることにより性能向上に役立つ。【００４０】  請求項８に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、乱視の人が見る映像と同様のボヤケを取り除いた鮮明な映像を提供できる。【００４１】  請求項９に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者が前後に移動しても立体映像を保つ。【００４２】  請求項１０に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項９の効果に加え、ＭＲ、ＭＬ、上記ディスプレイが移動する距離を無くすか小さくする。【００４３】  請求項１１に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項９の効果に加え、Ｓを映像再生のためだけでなく距離測定にも利用して資源を節約できる。そしてカメラのオートフォーカス技術を利用できるので部品の調達が容易である。【００４４】  請求項１２に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、１台のディスプレイで立体映像を提供し資源を節約できる。さらにその結果必要な再生装置が１台で済みメディアも１つで済む点でも資源の節約になる。【００４５】  請求項１３に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、観察者の視野を十分保ちつつディスプレイの大きさを節約し、より重要な画面の中央部に情報量をより多く用いる。【００４６】  請求項１４に記載の本発明の立体映像装置によれば、眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いることなく、観察者がその両眼をＰＭの近くに置くと立体映像を提供し、さらに観察者の両眼が左右方向に幅６５ｍｍにわたって任意に動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。【００４７】  請求項１５に記載の本発明の立体映像装置によれば、眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いることなく、観察者がその両眼をＰＭの近くに置くと立体映像を提供し、さらに観察者の両眼が左右方向に幅１３０ｍｍにわたって任意に動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。さらに光路制御物として凹面鏡よりもレンズを用いる方が収差を抑える設計の自由度があるという利点がある。【００４８】  請求項１６に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、Ｄｋのサイズを十分大きくすることにより、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑える。【００４９】  請求項１７に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑える。【００５０】  請求項１８に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。特に一方の眼に観察されるＤｋの像が眼の移動によってＤｋ−１かＤｋ＋１に変わる瞬間の映像位置の跳びを除くため眼の動きによって滑らかに異なる視差に移行する。【００５１】  請求項１９に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を約９０％以上除く。特に一方の眼に観察されるＤｋの像が眼の移動によってＤｋ−１かＤｋ＋１に変わる瞬間の映像位置の跳びを除くため眼の動きによって滑らかに異なる視差に移行する。同時に映像の結像位置をＳから少しずらすことにより映像がスクリーンから浮き上がった様に見せることと、逆に映像がスクリーンの奥にある様に見せることを選択できる。【００５２】  請求項２０に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、広い視野角にわたって収差を小さく抑えつつＳから上記光路制御物までの光路長を長くとることができる。そのため画質を保ちつつ上記光路制御物を観察者から離して煩わしく感じさせなくでき、また上記光路制御物がレンズの場合はレンズに要求されるＦナンバーを緩和して設計の自由度をもたせることにより性能向上に役立つ。【００５３】  請求項２１に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、乱視の人が見る映像と同様のボヤケを取り除いた鮮明な映像を提供できる。【００５４】  請求項２２に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、観察者が前後に移動しても立体映像を保つ。【００５５】  請求項２３に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項２２の効果に加え、Ｍと上記ディスプレイが移動する距離を無くすか小さくする。【００５６】  請求項２４に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項２２の効果に加え、Ｓを映像再生のためだけでなく距離測定にも利用して資源を節約できる。そしてカメラのオートフォーカス技術を利用できるので部品の調達が容易である。【００５７】  請求項２５に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、１台のディスプレイで立体映像を提供し資源を節約できる。さらにその結果必要な再生装置が１台で済みメディアも１つで済む点でも資源の節約になる。【００５８】  請求項２６に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、観察者の視野を十分保ちつつディスプレイの大きさを節約し、より重要な画面の中央部に情報量をより多く用いる。【００５９】  請求項２７に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１の効果に加え、装置をコンパクトにできる。【００６０】  請求項２８に記載の本発明の立体映像装置によれば、上記請求項１４の効果に加え、装置をコンパクトにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】  本発明では光路制御物とは光の反射または屈折により光路を制御する物を指す。すなわち鏡、レンズおよびプリズムは光路制御物に分類される。集光型スクリーンとは光の反射または屈折により集光性がある物を指す。すなわち凹面鏡、凸レンズおよび再帰性反射物は集光型スクリーンに分類される。そして本発明では
【数１】
で表される楕円柱の一部の内側が鏡面である鏡は凹面鏡に分類され、楕円柱型凹面鏡と呼ぶ。さらにフレネルレンズまたはそれと同じ形状のものの表面を金属蒸着することで光学的に同様の鏡を作れるのでこれも楕円柱型凹面鏡に分類する。さらに
【数２】
で表される楕円面の一部の内側が鏡面である鏡も凹面鏡に分類され、楕円面型凹面鏡と呼ぶ。特にａ、ｂおよびｃのうちの２つが等しいときは回転楕円面型凹面鏡と呼ぶ。さらにフレネルレンズまたはそれと同じ形状のものの表面を金属蒸着することで光学的に同様の鏡を作れるのでこれらも対応する同じ分類に含める。
【数１】
で表される形状は特にａとｂが等しいとき円柱の側面となる。
【数２】
で表される形状は特にａ、ｂおよびｃが等しいとき球面となる。楕円柱型凹面鏡には数学的な意味での焦点が２つありこれらをＡ、Ｂとおくと、ａとｂが等しい時はＡ、Ｂは重なって１つになる。実際にはＡ、Ｂは各々Ｚ軸方向に延びた線分をなすがＺが０のときの点で代表する。回転楕円面型凹面鏡は数学的な意味での焦点が２つありこれらをＡ、Ｂとおく。ただしＳと焦点間に鏡などを挿入すると焦点の位置は光学的に計算された別の位置に移動するとして扱う。またｃがａ、ｂに比してかなり大きい場合楕円柱型に模した焦点の定め方をすることもある。ａ、ｂおよびｃが等しい時はＡ、Ｂは重なって１つになる。これとは別に凹面鏡は、正面からそれに平行光をあてたときに集光する点という意味での焦点をもつ。このときの焦点距離をｆＳとおくと、凹面鏡Ｓの最短観察距離ＬｏをｆＳと定める。Ｓとの距離がＬｏより大きければその点から発した光はＳで反射した後に共役点付近に集められる。尚、点ＰのＳの中央Ｓｏからの半画角とは、ＰとＳｏを結んだ直線とＳｏにおけるＳの法線とのなす角を表す。
【００６２】
【数１】
ｘ２／ａ２  ＋  ｙ２／ｂ２  ＝  １
【数２】
ｘ２／ａ２  ＋  ｙ２／ｂ２  ＋  ｚ２／ｃ２＝１
【００６３】  図１は、本発明の一実施の形態による立体映像装置の平面図であり、図２は側面図である。ここでＸ軸は左右方向をＹ軸は奥行き方向をＺ軸は高さ方向を示し、図中に各軸と原点Ｏが示されている。以下図面にしたがってその構成を説明する。１０１はスクリーンＳでありａを３００ｍｍ、ｂを２９８．２ｍｍとしたときの
【数１】
で表される楕円柱ＷＳの一部であり、ｘが−９４から９４ｍｍの範囲でｚが−３９から３９ｍｍの範囲である。よってｚ＝０の平面とＷＳの交線が描く楕円形の２つの焦点Ａ、Ｂの間隔が６６ｍｍとなり人の両眼間距離程度となる。左眼が位置すると想定する位置ＥＬつまり１０４ａを焦点Ａの１００ｍｍ真上に、右眼が位置すると想定する位置ＥＲつまり１０４ｂを焦点Ｂの１００ｍｍ真上におき、ＰＭはＡとＢの中点とおく。なお両眼間距離は個人差があるため観察者に合わせてＥＲの位置をＰＭから右側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた別の点に変更しＥＬの位置をＰＭから左側に２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下離れた別の点に変更しても以下に示す方法と効果に影響はない。ＰＭのＳの中央Ｓｏからの半画角は約１８度でＳからの距離はｆＳの約２倍となる。そしてＳはＺ軸方向には集光性がないがＸ軸方向にはあるため平面図上でＥＬの共役点ＣＥＬが存在し焦点Ｂ上である。それで焦点Ｂの１００ｍｍ真下の位置でＣＥＬを代表する。同様にＣＥＲは焦点Ａの１００ｍｍ真下とする。よってＤＣＥは６６ｍｍとなる。１０２ａは左眼用画像ＤＬの表示部でありこの映像はＣＥＬに位置する光路制御用の鏡ＭＬつまり１０３ａで反射された後スクリーン１０１で反射されてＥＬつまり１０４ａにおいて知覚される。図１にはＥＬとＳの左端を結ぶ光路とその延長およびＥＬとＳの右端を結ぶ光路とその延長が描かれている。同様に１０２ｂは右眼用画像ＤＲの表示部でありこの映像はＣＥＲに位置する光路制御用の鏡ＭＲつまり１０３ｂで反射された後スクリーン１０１で反射されてＥＲつまり１０４ｂにおいて知覚される。このとき１０２ａはサイズが横１９０ｍｍ縦２２２ｍｍの一般家庭に普及しているタイプのディスプレイであり左光軸に対して垂直に置かれ、１０２ｂも同様のディスプレイであり右光軸に対して垂直に置かれる。ここで左光軸とはＥＬとＳｏを結ぶ光路とそのＤＬへの延長を指し、右光軸とはＥＲとＳｏを結ぶ光路とそのＤＲへの延長を指す。今左光軸はＥＬからＳｏを通りＭＬの中央を経てＤＬの中央に達している。右光軸はＥＲからＳｏを通りＭＲの中央を経てＤＲの中央に達している。さらに図２に示すように１０１は１０２ａ，１０２ｂの上方にあり、１０１と１０３ａ，１０３ｂとの間隔は約３００ｍｍであり、１０２ａと１０３ａおよび１０２ｂと１０３ｂとの間隔は共に約２５０ｍｍである。このとき１０３ａと１０３ｂの形状をＺ軸方向には真っ直ぐであるが、Ｘ−Ｙ方向に半径２３６ｍｍの円形の弧をなしており弧の長さが７０ｍｍでＺ方向の長さは１５７ｍｍである。図２にはＥＬ又はＥＲとＳの上端を結ぶ光路とその延長およびＥＬ又はＥＲとＳの下端を結ぶ光路とその延長が描かれている。
【００６４】  さらにＤＲとＤＬは視差のあるステレオ立体視用の画像であるが各々左右反転し縦方向に２８３％に拡大し横方向に８３％に縮小して表示する。
【００６５】  この形態では第一に眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いずに立体映像を提供している。さらに観察者の眼が左右方向に６６ｍｍ未満で動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。以下に理由を示す。楕円にはその一方の焦点から発した光は楕円面で反射して他方の焦点に達するという性質があるため、平面図において焦点Ａに位置するＥＬからＳ上の任意点を結びそれを延長した光路は焦点Ｂに位置するＭＬに達する。その後反射してＤＬに達するようにＭＬの向き及びＤＬの位置を定めてある。よってＥＬからＳ上にＤＬの像を見るがＤＲの像を見ない。同様にしてＥＲからＳ上にＤＲの像を見るがＤＬの像を見ないので立体視を実現する。さらに焦点ＡのＸ座標は約−３３ｍｍであるがそこから左右に最大３３ｍｍ移動して−６６から０ｍｍまでの範囲にＥＬが位置しても、ＥＬからＳ上の任意点を結びそれを逆にたどって延長した光路がＭＬ上から外れないようにＭＬの幅を７０ｍｍにしてある。ＭＲについても同様である。ここで観察者の両眼間距離は６６ｍｍと仮定した。よって観察者の眼が左右方向に６６ｍｍ未満で動いても立体視が保たれる。
【００６６】  第二に観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑えている。その理由を以下に説明する。図１において左眼が位置すると想定する位置ＥＬつまり１０４ａから見える視野を示す２つの光路を逆に追って考慮する。もし光路制御用の鏡１０３ａがないならば１０２ａを移動して図３に示す１０２ａの位置に置くことができ、あるいは従来技術の考えに沿って映写機の１インチほどの小さなディスプレイを１０５に示す位置に置く事もできる。このときＥＬつまり１０４ａが１０ｍｍ左に動いて１０４ｃに示す位置に移動すると視野を示す光路が図４に示すように変わる。このとき１０２ａの各画素とＥＬを結ぶ光路が１０２ａの法線となす角も変わるが、普及しているタイプのディスプレイでは各画素から発する光の進行方向に広がりがあるため１０４ｃにおいても１０２ａからの光を見続けることができる。さらに図中のｄ１で示される幅に入る光路が１０２ａの外に出るがこれは視野全体の約１０％である一方、図中のｄ２で示される幅に入る光路が１０５の外に出るがこれは視野全体の約５０％を占める。このように従来技術の小さなディスプレイを用いる考え方より１０２ａに示す大きなディスプレイの方が眼が左右方向に動くことにより生じる視野の移動が小さい。同様に右眼の方も大きなディスプレイを用いた方が良い。この時さらに図１において１０３ｂがないならば１０２ｂを移動して図５に示す１０２ｂの位置に置くことになり、１０２ａと１０２ｂが重なる部分が使用できなくなってしまう。したがって１０２ａと１０２ｂの幅は最大で６５ｍｍとなり十分な大きさとならない。ところが図６に示すようにＣＥＬにＭＬをおくなら光路の進行方向を変えて１０２ａと１０２ｂが重ならないようにできる。図６の１０６がＭＬでありプリズムを用いている。つまり少なくともＭＬがＣＥＬにあり光路の進行方向を変えるかあるいはＭＲがＣＥＲにあり光路の進行方向を変えることにより６５ｍｍより大きいサイズの１０２ａと１０２ｂを用いることができる。本形態ではＭＬ、ＭＲは凹面鏡であり図１に示す通りである。よって１０２ａと１０２ｂのサイズを十分大きくして、眼が左右方向に動くことにより生じる映像の動きを小さく抑えている。この原理は電車に乗って景色を見る際に近景は速く移動するが遠景はゆっくり移動する現象に似ているため本発明では遠景原理と呼ぶ。
【００６７】  本形態ではＭＬをＣＥＬ上にＭＲをＣＥＲ上に置いたが必ずしもそのようにする必要はない。それで以下にＭＬとＭＲの位置を変える方法を説明する。図５の実線の矢印はＥＬからＳの右端を結んだ後の光路ＷＬＲとＥＬからＳの左端を結んだ後の光路ＷＬＬを示し、破線の矢印はＥＲからＳの右端を結んだ後の光路ＷＲＲとＥＲからＳの左端を結んだ後の光路ＷＲＬを示し、ＷＬＬとＷＲＲの交点をＣＥＦと呼び、ＷＬＲとＷＲＬの交点をＣＥＢと呼ぶ。そこでＣＥＦとＣＥＬを結びそこからＣＥＢを結びこの線分上のどこかに光路制御物ＭＬをおき、ＭＬがＷＬＬとＷＬＲに挟まれるすべての光路を横切ればＥＬから見る視野全体をカバーできる。そのために必要なＭＬの横幅はＥＬの移動許容量５０ｍｍにさらに
【数３】
に示す左拡散値を加えた値となる。ここでＴＨＬは図５に示すようにＣＥＬからＳを見た画角である。一方ＭＲはＣＥＦからＣＥＲを結びさらにその延長を含む半直線上のどこかにおき必要なＭＲの横幅は同様にＥＲの移動許容量５０ｍｍにさらに
【数４】
に示す右拡散値を加えた値となる。ここでＴＨＲは図５に示すようにＣＥＲからＳを見た画角である。このようにすればＥＬからＳ上の各点を結びそれを延長した光路はＭＬを通るがＭＲは通らずその延長上にＤＬを配置することが可能である。同時にＥＲからＳ上の各点を結びそれを延長した光路はＭＲを通るがＭＬは通らずその延長上にＤＲを配置することが可能である。しかもＥＬ、ＥＲが左右５０ｍｍにわたって移動してもＭＬ、ＭＲの横幅が十分あるためこの関係が保持される。すなわち観察者の眼が左右方向に５０ｍｍ未満で動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。また同様にＣＥＦとＣＥＲを結びそこからＣＥＢを結びこの線分上のどこかにＭＲをおきそのサイズをＥＲの移動許容量５０ｍｍにさらに右拡散値を加えた値とし、一方ＭＬはＣＥＦからＣＥＬを結びさらにその延長を含む半直線上のどこかにおきそのサイズをＥＬの移動許容量５０ｍｍにさらに左拡散値を加えた値としても同じ効果がある。またＡＭを５１ｍｍ以上６５ｍｍ以下の数として上記５０ｍｍをＡＭに変更すればＥＬおよびＥＲのの移動許容量がＡＭに広がる。例えばＡＭを６０ｍｍとできる。しかし両眼間距離約６５ｍｍを超えることはできない。本発明ではＣＥＦ−ＣＥＬ−ＣＥＢと結ぶ範囲をＣＥＬ近傍と呼ぶ。同様にＣＥＦ−ＣＥＲ−ＣＥＢと結ぶ範囲をＣＥＲ近傍と呼ぶ。なおさらに一般にＤＣＥが６５ｍｍより大きい場合ではＣＥＬ上にあるＭＬの幅がＤＣＥの８０％あることはＥＬの移動許容量が約５０ｍｍであることに対応する。
【００６８】
【数３】
左拡散値  ＝  ２×（ＭＬとＣＥＬ間の距離）×Ｔａｎ（ＴＨＬ／２）
【数４】
右拡散値  ＝  ２×（ＭＲとＣＥＲ間の距離）×Ｔａｎ（ＴＨＲ／２）
【００６９】  このときＤＬとＤＲの表示が重ならないようにする方法は２通りに分けられる。１つの方法を図７に例示する。図７でＷＬＬとＷＬＲの間に描かれた光路は左光軸であり、これはＭＬつまり１０８ａの中央を通りＭＬによって進行方向を変えられていない。同様に右光軸はＭＲつまり１０８ｂの中央を通りＭＬによって進行方向を変えられていない。しかし光軸以外の光路はＭＬにより各々広く拡散しないように抑えられているためあるいはＭＬとＤＬの距離が短いため、またＭＲにより各々広く拡散しないように抑えられているためあるいはＭＲとＤＲの距離が短いため、ＤＬを表示するディスプレイ１０７ａとＤＲを表示するディスプレイ１０７ｂは重ならない。そしてＤＲとＤＬの幅はＤＣＥと同程度になる。もうひとつの方法は図６と図１に例示したように左光軸または右光軸の少なくとも一方の進行方向を変える方法である。この方法によりＤＣＥよりずっと大きいサイズの１０２ａと１０２ｂを用いることができ、よって遠景原理を効果的に用いることができる。すなわち少なくともＭＬをＣＥＬ近傍に置いて左光軸の進行方向を変えるか、ＭＲをＣＥＲ近傍に置いて右光軸の進行方向を変えることにより十分大きなディスプレイを用いてＤＬとＤＲを表示することにより、眼が左右方向に動くことにより生じる映像の動きを小さく抑えられる。これにより１０２ａと１０２ｂの幅はＤＣＥより大きくできるが、ＤＣＥが６５ｍｍとなる場合を一つの基準と考えると、この方式は１０２ａと１０２ｂの幅を特に６５ｍｍ以上にすることを可能にする方式と言える。
【００７０】  さらにこの形態では眼が上下方向にある程度動いても画質が急激に劣化することはない。なぜならこの装置ではＺ方向には光の収束性がないためである。
【００７１】  またＭＲ及びＭＬがＺ軸方向のピントとＸ軸方向のピントを一致させる機能を有するため乱視の人が見ると同様のボヤケを取り除いた鮮明な映像を提供する。なぜならＤＬから発した光はＥＬに達するまでにＺ軸方向には集光性がないのに対し、Ｘ軸方向にはＳの集光性を受けているためピントが異なっている。ＭＬがＸ軸方向に円形の弧をなしてＳの作用を打ち消すことでピントを一致させている。Ｘ軸方向の光の収束性に関するチャートを図２６に実線で示す。ここでは鏡の反射による向きの変化を除き各要素の形状等も略してあり、本形態を規定するためではなく単に説明を助けるための図として示した。破線は観察者からの見かけ上の想像線を表しまたＺ軸方向に関する場合の線と一致する。ＭＲについても同様である。
【００７２】  またこの図において１０４ａと１０１の距離をある程度変化させても映像の見かけの距離が伸びる程度の影響しかないことがわかる。よってこの形態は眼の前後の動きによる影響も小さく抑えた方法である。さらにこの図に見るようにＤＬの光は一度Ｓの近くで収束している。その結像点のＭＬからの距離は約２００ｍｍでＭＬとＳ間の距離の約６７パーセントである。これは後述するキャンセル原理により眼の左右の動きにより生じる映像の移動の約５０％を除去すると考えられる。さらにこの図に見るように映像の見かけ上の位置はＳより約５５０ｍｍ後方であるので、映像に奥行きを感じさせる効果を伴う。
【００７３】  またこの実施例においてＳの形状の式におけるｂの値を２９８．２ｍｍから３００ｍｍに変更して実施しても同様の効果が得られる。この場合Ｓは円柱となり焦点ＡとＢは一致して一つになるがＥＬ、ＥＲの位置は変更せずに実施する。この場合変更量が僅かであるためそれによる大きな画質劣化は生じず、Ｓの製作は楕円柱の場合より容易になる。
【００７４】  またこの形態において
【数１】
の形状の楕円柱型凹面鏡をＳとして用いたが、フレネルレンズまたはそれと同じ形状のものの表面を金属蒸着することで光学的に同様の鏡を作り、Ｓをこれと置き換えても同様の効果が得られる。またこの形態において１０３ａの向きを変えることにより１０２ｂの映像が１０３ａで反射されさらにＳで反射され１０４ａで知覚されるようにできる。このとき同時に１０３ｂの向きを変えることにより１０２ａの映像が１０３ｂで反射されさらにＳで反射され１０４ｂで知覚されるようにする。
【００７５】  またこの形態は２視差のみ用いて単純であるがそのため安価に製作できＳも柱状で加工しやすい点で優れている。ユーザーにとってはすでに所有のディスプレイに本装置の他の部分を取り付けるだけで装置を完成できるため非常に手軽に立体映像を楽しめる。
【００７６】  図８は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。ここでＸ軸は左右方向をＹ軸は奥行き方向をＺ軸は高さ方向を示し、図中にＸ軸、Ｙ軸と原点Ｏが示されている。以下図面にしたがってその構成を説明する。８０１はスクリーンＳでありａを３００ｍｍ、ｂを２９８．２ｍｍ、ｃを１２１２ｍｍとしたときの
【数２】
で表される楕円面ＷＳの一部であり、Ｘが−９４から９４ｍｍの範囲でＺが−５７から５７ｍｍの範囲である。よってＸ−Ｙ平面すなわちＺ＝０の平面とＷＳの交線が描く楕円形の２つの焦点Ａ、Ｂの間隔は６６ｍｍとなり人の両眼間距離程度となる。ＥＬつまり８０４ａをＡの真上１００ｍｍに、ＥＲつまり８０４ｂをＢの真上１００ｍｍにおく。ＰＭはＡとＢの中点とおく。ＰＭのＳの中央Ｓｏからの半画角は約１８度でＳからの距離はｆＳの約２倍となる。そしてＳのＸ軸方向の集光性からＥＬの共役点ＣＥＬは平面図上で焦点Ｂ上である。しかしＺ方向の集光性が小さいので前の実施例と同様に焦点Ｂの１００ｍｍ真下の位置でＣＥＬを代表する。同様にＣＥＲは焦点Ａの１００ｍｍ真下とする。よってＤＣＥは６６ｍｍとなる。８０２ａはＤＬの表示部でありこの映像はＣＥＬに位置するＭＬつまり８０３ａで反射された後スクリーン８０１で反射されてＥＬつまり８０４ａにおいて知覚される。図８にはＥＬとＳｏを結ぶ光路とその延長である左光軸が描かれている。同様に８０２ｂはＤＲの表示部でありこの映像はＣＥＲに位置するＭＲつまり８０３ｂで反射された後スクリーン８０１で反射されてＥＲつまり８０４ｂにおいて知覚される。このとき８０２ａと８０２ｂはサイズが横３７０ｍｍ縦２２２ｍｍの市販の１７インチワイド液晶ディスプレイ１台を左右に分割して得たものであり両者の間に２４ｍｍの何も表示しない帯を設ける。さらに８０１は８０２ａ，８０２ｂの上方にあり、８０１と８０３ａ，８０３ｂとの間隔は約３００ｍｍであり、８０２ａと８０３ａおよび８０２ｂと８０３ｂとの間隔は約２５０ｍｍである。このとき８０３ａと８０３ｂの形状をＺ軸方向には真っ直ぐであるが、Ｘ−Ｙ方向に半径２５０ｍｍの円形の弧をなしており弧の長さが７０ｍｍでＺ方向の長さは１７４ｍｍである。
【００７７】  さらにＤＲとＤＬは視差のあるステレオ立体視用の画像であるが各々左右反転し縦方向に１９３％に拡大し横方向に８３％に縮小して表示する必要がありまた歪を取り除く必要がある。それで次のような歪補正をＤＲとＤＬに施しておく。すなわち縦横１０ｍｍ間隔のグリッド模様の画像ＧＰを左右反転し縦方向に１９３％に拡大し横方向に８３％に縮小して８０２ａに表示しＥＬからＳ上に見えるその像を撮影しそのグリッド上の各格子点の位置を計測し、ＧＰの各格子点の理想位置からの移動量を求める。格子点以外の点は補完してＧＰがＥＬに見えるときにＧＰ上の各点に加わる歪を関数として求める。そしてＤＬにその逆関数を施しさらに左右反転し縦方向に１９３％に拡大し横方向に８３％に縮小して補正済みＤＬとして用いる。ＤＲについても同様にする。あるいは次のような歪補正をＤＲとＤＬに施す。すなわちＤＬを映写機によりＥＬの位置からＳにむけて映し１０２ａ上の像を撮影して補正済みＤＬとして用いる。ＤＲについても同様にする。そして補正済みのＤＬとＤＲが８０２ａと８０２ｂ上に並ぶ状態の１枚の画像データをこの１台のディスプレイに表示する。映像が動画の場合はコマ毎にこのようにＤＬとＤＲを並べた１枚の画像を作成する。したがってこの映像を媒体から再生する際は立体映像でない通常の方法ですることになる。媒体はハードディスクやＤＶＤやビデオなどの媒体を用いる。
【００７８】  この形態はＳをＺ方向に湾曲して拡大機能をもたせている点で最初の実施例と異なるが、最初の実施例と同様の作用が働き同様の効果がある。すなわちこの形態では第一に眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いずに立体映像を提供している。さらに観察者の眼が左右方向に６６ｍｍ未満で動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。第二に観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑えている。またＭＲ及びＭＬがＺ軸方向のピントとＸ軸方向のピントを一致させる機能を有するため乱視の人が見ると同様のボヤケを取り除いた鮮明な映像を提供する。
【００７９】  そして用いたディスプレイは市販の１７インチワイド液晶ディスプレイであり、１台のディスプレイでＤＲとＤＬを表示しているため資源を節約している。一方それが原因で図８に示す様に左光軸が８０２ａの面に垂直にならないため、ＥＬに見えるＤＬの像に歪が生じる。また別の理由で歪が生じうる。しかし生じる歪の分を逆に歪ませてＤＬおよびＤＲを表示するので、歪のない立体映像を提供できる。また右眼用画像と左眼用画像を並べて一枚の画像データとしているため、立体映像でない通常の映像を扱うのと同様に１つの再生装置でデータを読み込みディスプレイに表示するので映像を再生する装置およびメディアが１つですみ資源を節約する。
【００８０】  尚Ｓの形状を表す式のａ，ｂ，ｃの値がすべて異なるためＳの製作は楕円柱の場合より難しくなる。しかしｂの値をａと同じ３００ｍｍに変更しても大きな画質変化はないと考えられ、この場合は回転楕円体の一部となり製作しやすい。
【００８１】  またこの形態において
【数２】
の形状の楕円面型凹面鏡をＳとして用いたが、フレネルレンズまたはそれと同じ形状のものの表面を金属蒸着することで光学的に同様の鏡を作り、Ｓをこれと置き換えても同様の効果が得られる。
【００８２】  またこの形態においてＭＬを図９に示すような光路制御物に替えることができる。この場合ＤＬは右側に移動する。ＤＬからの光はシリンドリカルな凹レンズ９０１を通過した後平面鏡９０２で反射しシリンドリカルな凸レンズ９０３を経てスクリーンＳにむかう。こうすると凹面鏡を用いた場合よりも像面湾曲と他の収差を小さくするよう設計する自由度が生じる。ＭＲについても同様であり、したがってＤＲは左側に移動しＤＲとＤＬは切り離して各１台のディスプレイを用いる。一例として９０１の焦点距離−７５ｍｍ、９０３の焦点距離７５ｍｍ、間隔１００ｍｍとする。
【００８３】  またこの形態において、ＳのＸ方向の湾曲を真っ直ぐか緩やかな任意の曲面に変え、Ｓを鏡面でなくＸ方向に再帰性反射特性を有するものに替えることができる。これは望ましくはＳ上に映される映像の画素間隔より短い間隔でＸ方向に繰り返す合わせ鏡により作れる。そしてＤＬを８０２ｂが表示しＤＲを８０２ａが表示するように変える。これにより８０２ａに映される映像は８０３ａで反射し８０１で再帰性反射した後８０４ｂの位置で知覚される。同様に８０２ｂに映される映像は８０３ｂで反射し８０１で再帰性反射した後８０４ａの位置で知覚される。このようにしても上述と同様の効果が得られる。すなわちこの形態では第一に眼鏡や立体映像用の特殊なディスプレイを用いずに立体映像を提供している。さらに観察者の眼が左右方向に６６ｍｍ未満で動いても装置の一部をその動きに追従させることなく立体視が保たれる。第二に観察者の眼が左右方向に動くことにより生じる観察される映像の移動を小さく抑えている。
【００８４】  図１０は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図であり、図１１は側面図である。ここでＸ軸は左右方向をＹ軸は奥行き方向をＺ軸は高さ方向を示し、図中に各軸と原点０が示されている。以下図面にしたがってその構成を説明する。１００１はスクリーンＳでありａを１２００ｍｍ、ｂを２０００ｍｍ、ｃを１２００ｍｍとしたときの
【数２】
で表される楕円面ＷＳの一部であり、Ｘが−６２２から６２２ｍｍ、Ｙが１７１０から２０００ｍｍ、Ｚが０から６２２ｍｍの範囲である。よってＷＳの２つの焦点Ａ、Ｂの間隔は３２００ｍｍとなり、焦点Ａの座標は（０，１６００，０）、焦点Ｂの座標は（０，−１６００，０）となる。ＰＭを焦点Ａにおく。１００４ａはＥＬでありＰＭの左３３ｍｍの位置に、１００４ｂはＥＲでありＰＭの右３３ｍｍの位置におく。ＰＭのＳの中央Ｓｏからの半画角は約１７度でＳからの距離はｆＳの約１．１倍となる。１００２ａはＤＬの表示部でありこの映像はＭＬつまり１００３ａで反射された後スクリーン１００１で反射されてＥＬつまり１００４ａにおいて知覚される。図中Ｓ−８０、Ｓ−６０、Ｓ−４０、Ｓ−２０、Ｓ０、Ｓ２０、Ｓ４０、Ｓ６０、Ｓ８０は各々Ｚが０でのＳ上の点であり、各点と焦点Ａを結ぶ線分とＹ軸のなす角が−８０、−６０、−４０、−２０、０、２０、４０、６０、８０度であることを示し、これらの点とＥＬを結ぶ光路を逆に追った光路が図に描かれており、見易さのためＳ−４０とＳ８０を通る光路のみＤＬに至るまで延長して描かれている。同様に１００２ｂはＤＲの表示部でありこの映像はＭＲつまり１００３ｂで反射された後スクリーン１００１で反射されてＥＲつまり１００４ｂにおいて知覚される。ＣＥＬは焦点Ｂから２９７ｍｍ右に位置しＣＥＲは焦点Ｂから２９７ｍｍ左に位置し、よってＤＣＥは５９４ｍｍである。ＭＬがＣＥＬ上にありＭＲがＣＥＲ上にあり、そのその接合部に焦点Ｂがある。また１００２ａと１００２ｂは各々サイズが横５６６ｍｍ縦３７７ｍｍであり市販の３０インチワイドディスプレイの一部を用いる。そして１００３ａと１００３ｂの形状を半径２５７２ｍｍの球面の一部とし、縦と横のサイズが６６０ｍｍである。またＳ−４０とＥＬを結ぶ光路を逆に追った光路がＤＬの左端に達し、Ｓ８０とＥＬを結ぶ光路を逆に追った光路がＤＬの右端に達するようにＭＬつまり１００３ａの左右の向きを調整する。そしてＳ４０とＥＲを結ぶ光路を逆に追った光路がＤＲの右端に達し、Ｓ−８０とＥＲを結ぶ光路を逆に追った光路がＤＲの左端に達するようにＭＲつまり１００３ｂの左右の向きを調整する。なお図には省略してあるがＺが−３７７以上０以下、Ｘが０、Ｙが−１６００から４００の範囲に黒い仕切り板を入れてありＥＬがＳ上のＳ−４０とＳ−８０の間を見た場合ＤＲの像が見えないようにし、ＥＲがＳ上のＳ４０とＳ８０の間を見た場合ＤＬの像が見えないようする。
【００８５】  さらに１００２ａの表示面とＸ軸のなす角をＴＸとしＺ軸とのなす角をＴＺとし微調整できるように作る。そしてＳ上に３５個の代表点Ｓｉを定め、ＥＬからＳｉを結びそれを延長した各光路に関してＤＬ、ＭＬ、Ｓｉ、ＥＬの間の距離とＭＬで反射するときの入射角を算出しそれに基づきＤＬからの光が結像する点のＳ面からの距離を算出し、それが最小となるＴＸとＴＺを求めるとＴＸは３度ＴＺも３度となり、そのように調整する。１００２ｂについても同じ値を使う。またＤＲの左側部分２／３とＤＬの右側部分２／３は視差のあるステレオ立体視用の画像の関係であるが各々上下左右反転して表示する。これによりＳ上ではＳ−４０からＳ４０の範囲ではＤＲとＤＬの像がステレオの関係で見え、Ｓ−８０からＳ−４０の範囲ではＤＲの像のみが見え、Ｓ４０からＳ８０の範囲ではＤＬの像のみが見える。
【００８６】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いることなく市販の３０インチワイドディスプレイ２台により立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅５０ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅６０ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。以下にその理由を示す。まず焦点ＡとＰＭの距離は０ｍｍであるので、この楕円面の長径と短径に比して焦点ＡとＥＬおよびＡとＥＲの間隔が非常に小さい。よって楕円面がもつ性質つまりその一方の焦点から発した光は楕円面で反射して他方の焦点に達するという性質がほぼ完全に働く。よってＥＬからＳ上のＳ−４０からＳ８０の範囲にある任意の点を結ぶ光路を延長して追うとＭＬ上に達する。そしてＭＬからＤＬに達するようにＭＬの向きとＤＬの位置が決められている。よってＥＬからＳ上にＤＬの像を見る。同様にしてＥＲからＳ上にＤＲの像を見るので立体視を実現する。さらにＥＬのＸ座標は約−３３ｍｍであるがそこから左右に最大２５ｍｍ移動して−５８から−８ｍｍまでの範囲にＥＬが位置しても、ＥＬからＳ上のＳ−４０からＳ８０の範囲にある任意点を結びそれを逆にたどって延長した光路はＭＬ上に達するようにＭＬに幅を持たせてある。すなわちＤＣＥの８０％は４７５ｍｍであり、左拡散値は０である。よってＭＬの横幅６６０ｍｍは５０ｍｍと左拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と左拡散値の和以上である。同様にＭＲの横幅６６０ｍｍは５０ｍｍと右拡散値の和以上かつＤＣＥの８０％と右拡散値の和以上である。また上記５０ｍｍを６０ｍｍに置き換えても成り立つ。
【００８７】  またこの形態において観察者が前後に移動した場合を想定して例えばＥＬのＹ座標を４ｍｍ減らす。この状態ではＣＥＬのＹ座標は最大３２４ｍｍ増すことになる。一方ＴＨＬは約１５度であるので左拡散値は
【数３】
より約８５ｍｍとなる。よってＤＣＥの８０％と左拡散値の和は５６０ｍｍであり、この値よりＭＬの横幅６６０ｍｍの方が大きい。そしてＭＬはＣＥＬ近傍上にある。ＥＲとＭＲについても同様である。よってこの状態でも眼が左右に５０ｍｍの幅にわたって動いても概ね立体視を保つと考えられる。さらに６０ｍｍの幅でも概ね立体視を保つと考えられる。ただし厳密に収差まで考慮するとＳの周辺部に関してはＭＬ上に現れる収差の影響が大きいため前後の移動量によっては視野をＳ−４０からＳ４０に限定した形態にして用いる。
【００８８】  第二に観察者の眼が左右方向に動くことによって生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除いている。その理由を以下に説明する。ＥＬつまり１００４ａが３３ｍｍ左に移動した場合を考慮する。移動の前にＥＬからＳ上の点ＳＰを見る光路を逆に追ってＤＬつまり１００２ａ上の点ＤＰに達する様子を図１２に実線で示す。移動の後にＥＬからＳ上の同一点ＳＰを見る光路を逆に追うとやはり点ＤＰに達する。その様子を図中に破線で示す。なぜならＭＬつまり１００３ａの焦点距離がＤＬの光をＳ上で結像させる値にしてあるため、図に見るようにＳＰからでた実線と破線はＭＬ上の異なる点で反射してもその後ＤＬ上で収束するからである。すなわちＤＬとＭＬの距離２０００ｍｍの逆数とＭＬとＳの距離約３６００ｍｍの逆数の和の逆数は１２８６ｍｍとなるが、これは半径２５７２ｍｍの球面ＭＬの焦点距離に等しい。実際にＥＬのＸ座標が−３３ｍｍである場合にＥＬからＳ上の各点Ｓ−４０、Ｓ−２０、Ｓ０、Ｓ２０、Ｓ４０、Ｓ６０、Ｓ８０を結ぶ光路を逆に追ってＭＬを経た後１００２ａ上に到達した点をＤ−４０、Ｄ−２０、Ｄ０、Ｄ２０、Ｄ４０、Ｄ６０、Ｄ８０として作図により求め、この光路のＭＬつまり１００３ａと１００２ａ間の様子を図１３に示す。またＥＬが左に３３ｍｍ移動してＸ座標が−６６ｍｍである場合の光路の様子を図１４に示す。比較すると各光路はＭＬ上では大きく３００ｍｍ程まで移動するにもかかわらずＤＬ上では移動が観測されなかった。このようにしてこの原理はＤＬを表示するディスプレイの大きさと関係なく働き眼の左右方向の動きをＭＬの働きによりキャンセルするものである。ＥＲの左右の動きに関してもＥＬのときと同様である。本記述ではこの作用をキャンセル原理と呼ぶことにする。
【００８９】  なおＥＬが焦点Ａに一致している場合は各光路を逆に追うとすべての光路は一点Ｂに集まった後等角度間隔でＤＬ上に投影された点にＤ−４０、Ｄ−２０、Ｄ０、Ｄ２０、Ｄ４０、Ｄ６０、Ｄ８０を得るがこのとき収差はゼロである。ところが上記の原理によればＥＬのＸ座標が−３３ｍｍの場合に得たＤ−４０、Ｄ−２０、Ｄ０、Ｄ２０、Ｄ４０、Ｄ６０、Ｄ８０の位置も先の場合と一致する。よって上記の原理は、特にＥＬが楕円の焦点近傍にある本形態のような場合に適用されるならば、ＥＬが焦点から少し外れてもそれにより生じる収差を補正してＥＬからＤＬの映像が見えることを意味する。一方収差によりＭＬ上ではこの各光路の位置はばらつく。
【００９０】  次にＳの形状を座標が（０，２０００，０）の位置においてこの楕円面と同じ曲率をもつ半径７２０ｍｍの球面に置き換えた場合の各光路を同様に作図で求め、ＥＬのＸ座標が−３３ｍｍの場合を図１５に示し、ＥＬのＸ座標が−６６ｍｍの場合を図１６に示す。Ｄ上の各点の間隔が図１３の場合のようにほぼ等間隔に並んでいるので収差による歪がよく補正されたことを示している。一方でＭＬ上では各光路の位置は図１３の場合より大きくばらつくが、これは本形態のＳに用いる場合には球面の方が先述の楕円面より収差が大きいためである。図１５ではＤ８０の光路がＭＬから外れ、図１６ではさらにＤ６０の光路がＭＬから外れ、これは映像のその部分がＥＬからは見えなくなることを意味する。ここで図中の破線は想像線であり実際にはないことを示す。よって楕円面は球面に置き換えたものより優れており、必要とするＭＬのサイズを小さく抑える効果がある。しかし同時にこのことは、視野を制限すれば球面で代用できることも示している。本形態では特に長径と短径の差を大きくし、Ｓに近い方の焦点にＰＭを置くことにより、ＥＬからＳを広視野角で見えるようにする一方でその光路の延長がＭＬ、ＭＲで反射する際の入射角を０度に近づけて反射で生じる収差を抑える目的で楕円面を利用している。というのはＭＬの各光路に対する焦点距離は入射角の余弦に比例すると考えられるため入射角が一定以上になるとＭＬの像面湾曲が大きくなり映像の周辺部においてＳ上で結像しなくなるからである。
【００９１】  またこの形態ではＤＬからＥＬに送られる映像はＳ上のＳ−４０からＳ８０であり、一方ＤＲからＥＲに送られる映像はＳ上のＳ−８０からＳ４０である。よって右眼用画像ＤＲの視界と左眼用画像ＤＬの視界が映像の被写体の中心付近を共有しているが、それより右側はＤＲだけが有しておりまたそれより左側はＤＬだけが有している。この表示の仕方は人の視覚の特徴と調和した方法であるため大きな違和感を生じさせない。なぜなら人が物を見るとき視界の右端付近は左眼には見えておらず左端付近は右眼には見えていないからである。これにより観察者の視野を十分広く保ちつつディスプレイの大きさを節約し、ディスプレイの画素をより重要な中央部に多く振り向けている。この原理は後に示す３視差以上の立体映像にも用いることができるのは明らかである。
【００９２】  ＤＲおよびＤＬの各Ｘ方向の幅５６６ｍｍはＤＣＥより小さい。したがってＭＬを同じ焦点距離をもつレンズ群に替え、左光軸の進行方向を変えずに光路をＤＬに導くようにＤＬをレンズ群の後ろに移動できる。それでも上に述べたようにＭＬつまり１００３ａの焦点距離がＤＬの光をＳ上で結像させる値にしてあるため、眼の左右方向の動きによる影響を除く。つまり遠景原理とキャンセル原理は互いに独立した別の原理であり必ずしも両方を同時に使う必要はない。またＭＬの縦と横のサイズが６６０ｍｍと大きいためレンズ群よりも凹面鏡を用いる方が製作が容易でありその点では光路制御物としてレンズより凹面鏡の方が優れている。
【００９３】  この形態では前述のようにＤＬからの光の結像点がＳ上にある。このときのＭＬとＳの距離をＭＳとおくとＭＲとＳの距離もＭＳである。またＰＭとＳの距離をＰＳとおく。このときこの形態を以下に示すように変形した形態の実施も有用である。すなわちＤＬとＤＲの位置をＹ方向に僅かに移動してＤＬからの光の結像点がＳの少し手前あるいは後ろに来るように調整する。この時のＭＬから結像点までの距離のＭＳに対する比率をＲＦとおく。ＥＬからＳ上にある点ＳＰ１に映る映像を見たとして、ＥＬが左右に移動した後にＥＬから同じ映像をＳ上の点ＳＰ２に見たとする。ＳＰ１のＸ座標をＨ１、ＳＰ２のＸ座標をＨ２、ＥＬのＸ方向への移動量をＥ２とおくと、眼の左右の動きによる映像の移動量Ｈ２−Ｈ１は
【数５】
で表される。例としてＲＦが１より小さいときの各変数の関係を把握する助けとして図２７にチャートを示す。このチャートはＭＬおよびＳにおける反射を屈折に置換えまたＳの形状も省略しており、構成物間の距離の相対的な大きさは実際と異なり、本形態を例示するための図ではない。ＰＭから出る実線でかかれた折れ線はＰＭにＥＬがある時ＳＰ１に見る光がたどった光路を示す。破線はＥＬが移動した後に同じ映像を見るときの光路を示す。この式はＲＦが１に近い程キャンセル原理の効果により映像の移動量が小さくなることを示す。ＲＦを無限大にした時のＨ２−Ｈ１の値を基準値とし、それに対する比率で移動量の減少を評価することとする。すなわち映像の移動量の除去率ＲＲＭを
【数６】
で表す。この式からＲＲＭが８０％以上になるのはＲＦが約０．８３以上１．２５以下のときで、ＲＲＭが９０％以上になるのはＲＦが約０．９１以上１．１１以下のときとなる。またさらにＲＲＭが９５％以上になるのはＲＦが約０．９５以上１．０５以下のときとなる。さらにＲＦが１未満の場合はこの効果に加えて結像点が観察者から見てＳの後ろにあるため映像に奥行き感が生じ特に遠景を表すのに適する。ＲＦが１より大きい場合はこの効果に加えて結像点が観察者から見てＳの手前にあるため映像が手前に飛び出すように見え特に近景を表すのに適する。映像の種類によりこれらを選ぶことができる。なおＤＬとＤＲを移動する替わりにＭＬとＭＲを移動したりその焦点距離を変えたりＳを移動しても同様の効果を得るのは明らかである。また何％以上の除去が望ましいかは観察者の主観によるところが大きいが２視差の場合通常８０％、本形態のようにＭＳのＰＳに対する比が大きいときでも９０％あれば十分と考える。
【００９４】
【数５】
Ｈ２−Ｈ１  ＝（（１−ＲＦ）／ＲＦ）×（ＭＳ／ＰＳ）×Ｅ２
【数６】
ＲＲＭ    ＝  （１−｜１−ＲＦ｜／ＲＦ）×１００％
【００９５】  図１７は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の側面図である。図中にＹ軸とＺ軸および原点Ｏを示す。Ｘ軸は左右方向であり紙面の法線方向である。図１８は要部の平面図である。以下図面にしたがってその構成を説明する。１７０１はスクリーンＳでありａを１２２９ｍｍ、ｂを１２２９ｍｍ、ｃを１３５０ｍｍとしたときの
【数２】
で表される楕円面ＷＳの一部であり、Ｘが−３３０から３３０ｍｍの範囲としまたスクリーンの縦幅を３９６ｍｍとする。よってＷＳの上側の焦点Ａと原点Ｏの間隔は５５８ｍｍとなる。図中のＡ点は焦点Ａの位置を示しここをＰＭと定める。ＰＭのＳｏからの半画角は約２０度であり、Ｓｏからの距離は９００ｍｍでこれはＳの焦点距離の約１．４倍である。ＰＭと共役な点ＣＰＭはもう１つの焦点Ｂの位置にあり、それは平面鏡１７０７がなければＡと原点対称の点つまり図中のＣ点となる。しかし１７０７と平面鏡１７０６と平面鏡１７０５が光路を変える結果ＣＰＭは図中のＢ点となる。図に示すようにここに光路制御物１７０３をおく。光路制御物１７０３はＸ軸方向に並べた４つのレンズ系であり各々サイズは横１３０ｍｍ縦１９４ｍｍである。したがってＭ１の左端の位置ＣＰ０はＢ点から２６０ｍｍ左にあり、Ｍ１の右端の位置ＣＰ１はＢ点から１３０ｍｍ左にあり、Ｍ２の右端の位置ＣＰ２はＢ点にあり、Ｍ３の右端の位置ＣＰ３はＢ点から１３０ｍｍ右にあり、Ｍ４の右端の位置ＣＰ４はＢ点から２６０ｍｍ右にある。ＣＰ０の共役点Ｐ０はＡ点から約１３０ｍｍ左にあり、ＣＰ１の共役点Ｐ１はＡ点から約６５ｍｍ左にあり、ＣＰ２の共役点Ｐ２はＡ点にあり、ＣＰ３の共役点Ｐ３はＡ点から約６５ｍｍ右にあり、ＣＰ４の共役点Ｐ４はＡ点から約１３０ｍｍ右にある。ＣＰ４とＣＰ０のＸ座標の差をＰ４とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくと、ＲＴは２となる。ＭのサイズすなわちＣＰ４とＣＰ０のＸ座標の差は５２０ｍｍとなり、１３０ｍｍにＲＴを乗じた値２６０ｍｍより大きい。また１９５ｍｍにＲＴを乗じた値３９０ｍｍより大きい。Ｍ２のサイズすなわちＣＰ２とＣＰ１のＸ座標の差は１３０ｍｍであり、７０ｍｍにＲＴを乗じた値１４０ｍｍより小さい。Ｍ３についても同様である。また１から４の各ｋについて、ＣＰｋ−１とＣＰｋの中点にＭｋのレンズとしての中心をおきＣＱｋとする。よってＱｋはＰｋ−１とＰｋの中点となる。そして図１８に示すように１７０３の４つのレンズ系Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の各々の正面にディスプレイ１７０２の４つの映像Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が置かれ、Ｄ１からの光はＭ１を通過しＤ２からの光はＭ２、Ｄ３からの光はＭ３、Ｄ４からの光はＭ４を通過する。各々の領域のサイズは横１３０ｍｍ縦７８ｍｍである。この１７０２と１７０３からなる要部の構成をＡタイプの４視差投光アレイと呼ぶことにする。その後これらの光は１７０５、１７０６、１７０７、１７０１を経て各々Ｐ０とＰ１の間、Ｐ１とＰ２の間、Ｐ２とＰ３の間、Ｐ３とＰ４の間に達する。１７０３と１７０２の間隔は２９３ｍｍである。Ｂ点からＳｏまでの距離は１８００ｍｍである。１から４までの各ｋについて、Ｍｋの焦点距離は２５２ｍｍであり、したがってＤｋからの光がＭｋによって結像する位置はほぼＳ上となる。さらに左眼の想定位置ＥＬと右眼の想定位置ＥＲを側面図上で焦点Ａの位置に置き図中に１７０４で示す。ＥＬの位置と焦点Ａの左３２．５ｍｍの位置とのＸ座標の差をＳＦＴとおくとＥＲの位置と焦点Ａの右３２．５ｍｍの位置とのＸ座標の差もＳＦＴとなる。ここで観察者の両眼間距離として６５ｍｍを標準値として用いた。以下でＳＦＴの単位はｍｍであるが省略して記す。なおＥＬ又はＥＲの縦方向の視野を示す光路を図に描いた。これは図中の眼の位置１７０４から光路を逆にたどって１７０２上にどのように達するかを示すものである。１７０９は外枠であり上面は透明である。
【００９６】  １７０２は複数台のディスプレイで構成することもできるが、この形態では１台で済ます。このときＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を表示する４つの領域は１台のディスプレイに表示する一枚の画像の中に並ぶ４つの部分領域として提供される。その結果再生装置１７０８は立体映像でない通常の映像を扱うのと変わらずに映像をＤＶＤやＨＤやビデオテープなどのメディアから再生してディスプレイに送る。さらにＤ１の画像とＤ２の画像は視差のあるステレオ立体視の関係であり、Ｄ２とＤ３の関係、Ｄ３とＤ４の関係も視差のあるステレオ立体視の関係となっており、各々上下左右反転して表示する。なおこのときＤ１とＤ３、Ｄ２とＤ４、Ｄ１とＤ４の関係も必然的に視差のあるステレオ立体視の関係となる。
【００９７】  一方観察者の両眼がＡ点にあるときは観察者の顔からの光は１７０１により点Ｂに結像しハーフミラー１７１０で反射した光は１７１１上にも結像する。ところが観察者が前後に移動するとその像はピントが合わなくなりそれをフォーカス分析部１７１１が計測して観察者がＡ点から前方に移動した量ＥＦＢを算出する。観察者の顔は左右にある程度移動しうるためフォーカス分析部に左右２つのＡＦ検出器を備えておく。この各々はカメラのオートフォーカス機能ですでに知られている位相差検出方式によるＡＦ検出器である。そして計測時に光量の多い一方が選ばれ位相差検出をおこなう。すなわちＳを通して結像する光束を左右に分かれるように２つのセパレーターレンズで受け再結像させＣＣＤラインセンサー上の離れた位置にできる２つの像の距離からＥＦＢを算出する。次にＥＦＢの絶対値があらかじめ定めた閾値２０ｍｍ以上であればＰＭを新たにＡ点の前方ＥＦＢの点に更新する。よってＣＰＭはＢ点より後方に移動するがその値を算出しＤＩＳＰＭとおく。ところがＳからＭに至る光路上におかれた別の光路制御物１７０５と１７０６をＤＩＳＰＭの半分の量だけ図の矢印の方向に平行移動することで光路長が調節されＣＰＭはＢ点にとどまる。一方１７０２からの光が１７０１上またはその近くで結像する状態を保つように変更された光路長にあわせて１７０２も移動する。あるいは１７０２の替わりに１７０３が移動しそこがＣＰＭとなるようその分１７０５と１７０６の移動量を調整する。
【００９８】  またＡタイプの４視差投光アレイを以下に示すＢタイプの４視差投光アレイに入れ替える形態も実施できる。図１９はその正面図であり図２０は側面図である。ディスプレイ１９０５ａからの光は平面鏡１９０４ａで反射し凹レンズ１９０２ａを通過し平面鏡１９０３ａで反射し凸レンズ１９０１ａを通過しスクリーンに向かう。１９０５ｂ、１９０５ｃ、１９０５ｄからの光も同様であるが左から奇数番目は上側に配置され偶数番目は下側に配置される。１９０１の４つの凸レンズの各々は焦点距離２５２ｍｍでサイズが横１３０ｍｍ縦１３０ｍｍである。１９０２の４つの凹レンズの各々は焦点距離−２５２ｍｍでサイズが横１３０ｍｍ縦１３０ｍｍである。１９０１と１９０２の光学的距離は１５０ｍｍで１９０２と１９０５の光学的距離は３３０ｍｍである。
【００９９】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いずに立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅６５ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅１３０ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。以下にその理由を示す。ＳＦＴの範囲を−９７．５から９７．５とする。このときＥＬとＥＲは共に焦点Ａからの距離が１３０ｍｍ以内であり、これは楕円面を表す式のａ、ｂ、ｃの値に比して非常に小さい。よって楕円面がもつ性質つまりその一方の焦点から発した光は楕円面で反射して他方の焦点に達するという性質がほぼ完全に働く。よってＳＦＴが−９７．５から−３２．５のときＥＬからＳ上の各点を結ぶ光路を近長して追うと１７０３のＭ１に達しその後１７０２のＤ１に達する。一方ＥＲからＳ上の各点を結ぶ光路を延長して追うと１７０３のＭ２に達しその後１７０２のＤ２に達する。ＳＦＴが−３２．５から３２．５のとき同様にＥＬにＭ２とＤ２が対応し、ＥＲにＭ３とＤ３が対応する。さらにＳＦＴが３２．５から９７．５のとき同様にＥＬにＭ３とＤ３が対応し、ＥＲにＭ４とＤ４が対応する。よってこの形態では１９５ｍｍの幅にわたって眼が左右に動いても立体視が保たれる。一般にはＭｋのサイズはｋにより変わってもよく、ｋが１，２，３，４に対してＭｋのサイズが７０ｍｍにＲＴを乗じた値より小さいという基準を満たしていれば両眼間距離が７０ｍｍ以上の人が用いればＥＬが見る１７０２の映像ＤｉとＥＲが見る１７０２の映像Ｄｊが異なることを保証する。例えばさらにＭｋのサイズが４０ｍｍにＲＴを乗じた値より小さいならば両眼間距離が４０ｍｍ以上の人に立体視が保証できる。またＭのサイズが１３０ｍｍにＲＴを乗じた値より大きいならば両眼間距離が６５ｍｍの人は眼を６５ｍｍにわたって左右に動かしても立体視が保たれる。この値は視差数２の場合の最大値である。さらにＭのサイズが１９５ｍｍにＲＴを乗じた値より大きいならば眼を１３０ｍｍにわたって左右に動かしても立体視が保たれる。
【０１００】  第二に観察者の眼が左右に動いても装置の一部をその動きに追従させずにその動きにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。その理由を以下に示す。まずＳＦＴが−９７．５から−３２．５の場合はＥＬからＳ上の点を結ぶ光路を逆に追うとＭ１に達しその後Ｄ１上に達する。このときＳＦＴがこの範囲内で変動してもＥＬから見るＤ１の映像は移動しない。なぜならＭ１の焦点距離がＤ１の光をＳ上に結像させる値であるため前述のキャンセル原理が働くからである。このときＥＲから見るＤ２の映像も同様に移動しない。ＳＦＴが−３２．５から３２．５のときも同様で、ＳＦＴが３２．５から６５のときも同様である。このように通過するレンズ系が変わらない間はＳＦＴの値が変化しても見える映像の移動がないため、ＳＦＴがさらに変化して通過するレンズ系が隣のレンズ系に替わった瞬間の映像の跳びも無くなり、ただ視差だけの変化となるので続けて観賞し易いという効果が生じる。これはキャンセル原理が３つ以上の視差を用いるこの方法に対して特に生じさせる新たな効果である。一例としてＳＦＴが０、−２５、−５０、−７５と変化したときの様子を図２１に示す。ここではＥＬとＳの左端を結ぶ光路とＥＬからＳの右端を結ぶ光路、ＥＲとＳの左端を結ぶ光路とＥＲからＳの右端を結ぶ光路の各々を逆に追った光路の延長が描かれている。また観察者の眼が上下に−４８ｍｍから４８ｍｍ以内で動いても同様にキャンセル原理により映像の移動を除いている。なお１７０２のディスプレイの横幅を１７０３のレンズ系の横幅と共に任意に縮めることができまた等間隔である必要はない。
【０１０１】  ここでＭｋとＤｋの距離かＭｋの焦点距離を変えて、Ｄｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９１％以上１１１％以下で用いることも有用である。前述したようにこれは眼の移動により生じる映像の移動の約９０％以上を除く。このように視差数が３以上の場合は眼の移動により生じる隣のレンズ系に替わった瞬間の映像の跳びを抑える必要があるため高い除去率が望ましい。さらにＤｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９５％以上１０５％以下で用いることはより良い。これは眼の移動により生じる映像の移動の約９５％以上を除く。同時に映像の結像位置をＳから少しずらすことにより映像がスクリーンから浮き上がった様に見せることと、逆に映像がスクリーンの奥にある様に見せることを選択できる。
【０１０２】  またＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を並べた１つの画像を１つのディスプレイで表示するため再生装置も１台でメディアも１つで済むので節約になる。また４台の再生装置で同期をとりながら別々に読み込む手間をなくす効果がある。
【０１０３】  また観察者の前後の動きに対して１７０５と１７０６が移動して光路長を調節するため、１７０３を観察者の両眼と共役の位置に保てる。これにより観察者の前後の動きがあってもＥＬ及びＥＲから１７０２上への光路を設計どおりに保ち立体視を保つ。さらにその際Ｍとディスプレイが移動しなければならない距離を無くすか小さくする。またＳを映像再生のためだけでなく距離測定にも利用して資源を節約する。そしてカメラのオートフォーカス技術を利用できるので部品の調達が容易である。さらにキャンセル原理との組み合わせの結果観察者は前後左右にある程度動けるため快適に映像を見ることができる。
【０１０４】  さらに平面鏡１７０７をＳと１７０３の間に導入したので装置の構成要素を観察者から離して邪魔に感じさせない効果がある。さらに１７０３に凹面鏡ではなくレンズ系を用いたことで収差を調整するための設計上の自由度を得ている。特に１７０３による１７０２の結像面の像面湾曲がＳの湾曲に近くなるようレンズを調整できる。今Ｓの中央での曲率は１／１２４２ｍｍと考えられる。一方レンズ系が屈折率１．７の単レンズならばペッツバール和は１／５０４ｍｍとなる。しかしカメラレンズと同様に例えばトリプレットを用いればペッツバール和を約０．４倍に下げて１／１２４２ｍｍにできる。
【０１０５】  またこの形態ではレンズのＦナンバーは約２である。もしＳの形状を変えてＳの中央がらＢ点までの距離を９００ｍｍにするとＣＰＭからＳを見る画角が大きくなる。そのためＭｋを通過する光路を逆にたどってＤｋの内部に収めるためにＭｋに要求されるレンズの焦点距離が短くなりレンズのＦナンバーが約１を必要とし実際に厳しい条件となる。よってこの形態のように視野角の広い映像を提供するにはＡからＳの中央までの距離よりＳの中央からＢまでの距離がかなり長い設定が有効であり、その場合前述の形態で示したように円よりも広い視野角に渡って収差が小さい楕円形が有効である。一方視野を制限すれば円も有用である。
【０１０６】  またＢタイプの４視差投光アレイを用いる場合はディスプレイのサイズを大きくできるため前述の遠景原理を効かして眼の動きにより生じる映像の動きを小さく抑えることができる。サイズを特に６５ｍｍより大きくでき、６５ｍｍにＲＴを乗じた値より大きくできる。このときキャンセル原理と併用することもできる。
【０１０７】  また平面鏡１７０７を凸面鏡に替えることで１７０７とＢ点の光学距離をのばしＥＬから逆に追った光路が１７０３を通過するときの入射角を小さくし１７０３のレンズのＦナンバーを大きくすることもできる。このときさらに凸面鏡が前後に可動とし、１７０５と１７０６の移動と連動して光路長とピントを調節することもできる。
【０１０８】  またこの形態において
【数２】
の形状の楕円面型凹面鏡をＳとして用いたが、フレネルレンズまたはそれと同じ形状のものの表面を金属蒸着することで光学的に同様の鏡を作り、Ｓをこれと置き換えても同様の効果が得られる。
【０１０９】  なおこの形態は４視差に限らず２以上の任意の視差で作れることは明らかである。特に２視差に変えた形態としても上に述べた作用と効果があり有効である。例えば観察者が前後に移動しても立体視を保つ方法は２視差にそのまま使える。楕円の有効性や、光路制御物としてレンズが凹面鏡より優れている点に関することも２視差の形態にそのまま使える。
【０１１０】  図２２は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。以下図面にしたがってその構成を説明する。以下この形態では長さの単位は表示がない場合はｍｍであるとする。原点Ｏを図中に示す。紙面の左右方向がＸ軸方向で、紙面の縦方向がＹ軸方向で、紙面の法線方向がＺ軸方向である。２２０１はスクリーンＳでありａを１０００、ｂを１０００、ｃを１０００としたときの
【数２】
で表される球面ＷＳの一部でありＹ軸とのなす角が−２０度から２０度の範囲にある。またＸが−３６４から３６４の範囲で、Ｚが−２７３から２７３の範囲にある。ＰＭの座標は（０，０，２０）でありＣＰＭの座標は（０，０，−２０）である。ＰＭのＳｏからの半画角は約１度であり、Ｓｏからの距離はＳの焦点距離の約２倍である。２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄは各々ディスプレイであり左から順にＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４である。これらは通常の拡散反射するスクリーンであるが、原点Ｏを中心とする半径２５００ｍｍの球面の一部でＺ座標が−７３３から６３３の範囲にある。Ｙ軸とのなす角の範囲は各々１１０度から７０度、６５度から２５度、−２５度から−６５度、−７０度から−１１０度である。２２０５ａ、２２０５ｂ、２２０５ｃ、２２０５ｄは映写機であり各々Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に映像を映し出す。これら映写機の投写レンズはこれらの球面上で焦点が合う様に像面湾曲するレンズとする。２２０３はＣＰＭ上におかれた４枚の平面鏡からなる光路制御物Ｍであり、左から順にＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４である。各々の法線方向とＹ軸とのなす角は４５度、２２．５度、−２２．５度、−４５度である。Ｍ１とＭ４のサイズは縦６０横１２０であり、Ｍ２とＭ３のサイズは縦６０横６０である。Ｐ０はＭ１の左端の位置ＣＰ０とほぼ原点対称の位置にある。１から４のｋに対して、ＰｋはＭｋの右端の位置ＣＰｋとほぼ原点対称の位置にあり、ＱｋはＭｋの中央の位置ＣＱｋとほぼ原点対称の位置にある。ＣＰ４とＣＰ０のＸ座標の差をＰ４とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくとＲＴは１である。ＣＰ４とＣＰ０のＸ座標の差の絶対値は２８０となり、１３０にＲＴを乗じた値より大きくまた１９５にＲＴを乗じた値より大きい。ＣＰ２とＣＰ１のＸ座標の差の絶対値およびＣＰ３とＣＰ２のＸ座標の差の絶対値は５５となり、７０ｍｍにＲＴを乗じた値未満である。１からｎまでの各ｋに対して、ＱｋとＳｏを結ぶ光路の延長がＭｋに達した後の延長上にＤｋがありこの光路を光軸ｋと呼ぶ。図には光軸３およびＤ３が映写機２２０５ｃにより映される様子が描かれている。ここで２２０４は左眼の想定位置ＥＬを表す。これによりＥＬがＰｋ−１からＰｋの間にある時ＥＬからＤｋの像が見え、そしてＤｋ−１の像とＤｋの像が視差のあるステレオ立体視用の映像であるＤ１、Ｄ２、…Ｄｎを用いる。なお図２２においては見易さのため各部分の相対的な大きさを変えて描かれている。
【０１１１】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いずに立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅６５ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅１３０ｍｍにわたって動いても立体視が保たれる。その理由となる原理は図１７を用いた前述の実施例と同じである。第二に眼の左右方向の動きがあっても装置の一部をその動きに追従させずにその動きによる映像の動きを小さく抑えている。その理由は図１を用いた最初の実施例で説明した遠景原理による。さらに本形態ではＳ上の任意点ＳＰとＥＬを結ぶ光路を延長して追いＭ上の点をＭＰ、Ｄ上の点をＤＰと置くとき、ＥＬとＳＰの距離が約１０００となりＳＰの位置によらず一定となる。さらにＳＰとＭＰの距離およびＭＰとＤＰの距離の和が約３５００となりＳＰの位置によらず一定となる。そしてＭは平面鏡で集光性がないため入射角による収差がない。このためディスプレイ上の映像が結像する面はＥＬから約４２０の距離にある球面となり見やすく、またＳから飛び出して見えるので映像に迫力がある。
【０１１２】  この形態でＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の形状を平面に変え、これらに映像を映している映写機の投写レンズを通常のものに戻して実施することもできる。この場合映像が結像する面が周辺部で僅かに４ｍｍ程後退するがほぼ同じ効果を保つことができる。
【０１１３】  本発明では凸レンズは集光型スクリーンに分類される。典型的な凸レンズおよびそれと光学的に同様なフレネルレンズは凸レンズに分類される。さらに一方向にのみ凸であるシリンドリカルレンズおよびこれと光学的に同様なフレネルレンズも凸レンズに分類する。凸レンズの最短観察距離Ｌｏをその焦点距離と定める。縦と横で焦点距離が異なる場合は観察者の左右方向の焦点距離とする。Ｓとの距離がＬｏより大きければその点から発した光はＳで反射した後に少なくとも左右方向に関して共役点付近に集められる。さらにレンズを複数用いて全体として上記分類に入る物も凸レンズとみなす。この場合原則として全体としての合成された焦点距離と主点からの距離でＬｏを考える。
【０１１４】  図２３は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図であり紙面の上方向が観察者の右方向を示しＸ軸とし、紙面の左方向が観察者の前方でありＹ軸とし、紙面の法線方向をＺ軸とする。原点Ｏを２３０１の中心とする。以下図面にしたがってその構成を説明する。以下この形態では長さの単位はｍｍとする。２３０１はスクリーンＳであり焦点距離２００横幅８０縦幅６０の凸レンズでありその中心Ｓｏが原点Ｏにある。ＰＭの座標を（０，−４００，０）とする。よってＰＭのＳｏからの半画角は０度でＳからの距離はＳの焦点距離の２倍である。ＰＭの共役点ＣＰＭの座標は（０，４００，０）となる。２３０２及び２３０３はＡタイプの６視差投光アレイのディスプレイと光路制御物Ｍである。ディスプレイ２３０２は横幅３６０縦幅４５であり横方向に６分割して６つの連続した視差のある映像Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を各々上下左右反転して表示する。つまりＤ１とＤ２は視差のあるステレオ映像であり、同様にＤ２とＤ３、Ｄ３とＤ４、Ｄ４とＤ５、Ｄ５とＤ６も各々互いに視差のあるステレオ映像の関係にある。これら６つの映像は並べられて１つの映像として表示するようにし、その１つの映像は１つの再生装置から再生される。この図では再生装置は省略されている。光路制御物Ｍつまり２３０３は横方向に６つのレンズ系Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を並べた物で各レンズ系の焦点距離は８０でサイズは横５０縦６０であり、Ｍの中央がＣＰＭ上にある。Ｍ１の左端の座標ＣＰ０は（１５０，４００，０）でありその共役点Ｐ０はほぼ（−１５０，−４００，０）である。１から６までのｋに対して、Ｍｋの右端の座標ＣＰｋは（１５０−５０×ｋ，４００，０）でありその共役点Ｐｋはほぼ（−１５０＋５０×ｋ，−４００，０）であり、Ｍｋの中心の座標ＣＱｋはＣＰｋ−１とＣＰｋの中点であり、その共役点ＱｋはＰｋ−１とＰｋのほぼ中点である。２３０４はＥＬ又はＥＲを表しＰ０からＰ６の範囲に位置することを想定する。ＣＰ６とＣＰ０のＸ座標の差をＰ６とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくと、ＲＴは１となる。ＣＰ６とＣＰ０のＸ座標の差は３００となり１３０にＲＴを乗じた値より大きい。また１９５にＲＴを乗じた値より大きい。２から５までのｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差は５０であり、７０にＲＴを乗じた値より小さい。２３０５は焦点距離２００横幅１８０縦幅１３５の凸レンズである。２３０６は焦点距離２００横幅１３０縦幅９８の凹レンズである。この投光アレイから出た光は２３０５，２３０６，２３０１を経てＥＬ及びＥＲに達する。ＥＬ又はＥＲの視野を示す光路の一例が図に描かれている。これは図中の眼の位置２３０４から光路を逆にたどって２３０２上のどの部分からの光を知覚するかを例示するものである。今図中のＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４、ＤＴ５は各々１００、３６７、０、３３、４００である。よってＤｋからの光はＭｋを通過してほぼＳ上に結像する。
【０１１５】  一方２３０７はハーフミラー及びフォーカス分析部である。観察者の顔からの光が２３０１、２３０６、２３０５を通った後ハーフミラーで分けられてフォーカス分析部に達して結像する位置が測定される。上述の設定ではＥＬはＳからの距離が４００であるので観察者の顔からの光は光路制御物Ｍ上で結像し同時にフォーカス分析部で結像する。ところが観察者が前後に移動するとその像はピントが合わなくなりそれをフォーカス分析部が計測し観察者が前方に移動した量ＥＦＢを算出する。その方法は図１７を用いた形態の場合と同じである。次にＥＦＢの絶対値があらかじめ定めた閾値１０以上であればＰＭを新たにこれまでの位置の前方ＥＦＢの点に更新する。よってＣＰＭは以前より後方に移動するがその量をＤＩＳＰＭとおく。単純に２３０３と２３０２をＤＩＳＰＭだけ後方に平行移動することでも立体映像を維持することができる。その場合はＥＬからＳの右端を結びその光路の延長とＥＬからＳの左端を結びその光路の延長とがＭ上でなす角ＮＡが変化する。これは観察者が見る映像の拡大率の変化となるので小さく抑えることが望ましい。それでＮＡの変化およびＣＰＭの位置の変化をより小さく抑えるために２３０５と２３０６の間隔を変化させる方法をとる。つまりこの間隔ＤＴ３が大きくなればＮＡが大きくなることを利用する。１例としてＥＦＢが１００であるつまりＤＴ５が３００であるとするとＤＩＳＰは２００となるがこのとき、ＤＴ２を４２８、ＤＴ３を６７、ＤＴ４を３３とすればよい。一方２３０２からの光が２３０１上で結像する状態を保つようにＤＴ１も同時に調整することが望ましく、そのためにはＤＴ１を９２とする。この新しい状態でもＰＭのＳからの距離はＳの焦点距離の約１．５倍ある。ただしＳを２３０１と２３０６と２３０５から構成されるレンズ系とみなした場合はその合成された焦点距離と主点からの距離で考えて約１．８倍となる。ＣＰＭの座標は（０，５２８，０）となる。０から６までのｋに対して、ＣＰｋは（１５０−５０×ｋ，５２８，０）に更新され、Ｐｋはほぼ（−１１７＋３９×ｋ，−３００，０）に更新される。Ｍｋの中心の座標ＣＱｋはＣＰｋ−１とＣＰｋの中点であり、その共役点ＱｋはＰｋ−１とＰｋのほぼ中点である。ＥＬ又はＥＲは更新されたＰ０からＰ６の範囲に位置することを想定する。ＣＰ６とＣＰ０のＸ座標の差をＰ６とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくと、ＲＴは１．２８となる。ＣＰ６とＣＰ０のＸ座標の差は３００であり１３０にＲＴを乗じた値より大きい。また１９５にＲＴを乗じた値より大きい。２から５までのｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差は５０であり、７０にＲＴを乗じた値より小さい。
【０１１６】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いずに立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅６５にわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅１３０にわたって動いても立体視が保たれる。第二に観察者の眼が左右に動いても装置の一部をその動きに追従させずにその動きにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。その理由となる原理は前述の図１７を用いた形態の場合と同じである。なぜなら凸レンズの集光性は凹面鏡の集光性と同様の作用があるからである。すなわち１から５までのｋに対して、ＥＬがＰｋ−１とＰｋの間にある時ＥＬとＳ上の各点を結ぶ光路の延長はＭｋを通りＤｋに達する。一方ＥＲはＥＬの約６５右にあるためＭｋ＋１を通りＤｋ＋１に達するかまたはＭｋ＋２を通りＤｋ＋２に達する。ところがＤｋとＤｋ＋１の像およびＤｋとＤｋ＋２の像は互いに視差のあるステレオの関係にあるため立体視が実現する。そしてＰ０とＰ６の距離は１３０より大きく、さらに１９５より大きい。よってこの立体視の関係は６５の幅にわたり保たれ、さらに１３０の幅にわたり保たれる。さらに１から６までのｋに対してＤｋからの光がＳ上で結像するようにＭｋの焦点距離が定められているため前述のキャンセル原理が成り立ち、眼の移動により生じる映像の移動がほぼ１００％除かれ、眼の移動に伴い通過するレンズ系が変化したときの映像位置の跳びもなくなる。さらにＺ方向に関しても同じ原理により眼の移動により生じる映像の移動がほぼ１００％除かれる。また用いる投光アレイがＢタイプであればキャンセル原理だけでなく前述の遠景原理も効果的に利用できる。
【０１１７】  さらに、ここでＭｋとＤｋの距離かＭｋの焦点距離を変えて、Ｄｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９１％以上１１１％以下で用いることも有用である。Ｄｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９５％以上１０５％以下で用いることも有用である。その理由と生じる効果も前述と同じである。またこの形態ではディスプレイと再生装置とメディアが１つで済むので節約となる。さらに観察者の眼のＹ座標が−３００から−４００の範囲において観察者が前後に動いても、フォーカス分析部の測定に基づき自動でＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４を変えて２３０３を観察者の両眼と共役な位置に保つので立体視を保つ。その際ＤＴ５が短くなるとＤＴ３を大きくすることで観察者が見る映像の拡大率の変化を小さく抑える。さらにＤＴ１も合わせて変えれば２３０２からの光が２３０１上で結像しキャンセル原理を保つようにできる。またＳを映像再生のためだけでなく距離測定にも利用して資源を節約する。そしてカメラのオートフォーカス技術を利用できるので部品の調達が容易である。さらにキャンセル原理との組み合わせの結果観察者は前後左右にある程度動けるため快適に映像を見ることができる。また２３０３に凹面鏡ではなくレンズ系を用いたことで収差を調整するための設計上の自由度を得ている。
【０１１８】  またこの実施例で用いられているレンズの一部を特にフレネルレンズにすることができる。特に２３０１、２３０６、２３０５のサイズが大きい方が映像の視野を広くするので望ましい。フレネルレンズはサイズを大きくしてもレンズ厚が薄いため、視野の広い装置を設計しやすいという効果がある。
【０１１９】  尚この方法で投光アレイの視差数、レンズやディスプレイのサイズ、投光アレイのタイプを変えた様々な形態でも同様の作用と効果をもたらしうることは明らかである。特に２視差に変えた形態としても上に述べた作用と効果があり有効であるがその際Ｍ１とＭ２の横幅を１．５倍にしＤ１とＤ２の横幅も１．５倍にする。
【０１２０】  またこの実施例で用いられているレンズのすべてを左右方向にのみ集光性のあるシリンドリカルレンズに置き換えた形態も可能である。すなわち各レンズのＺ軸方向の焦点距離のみ∞に変える。そしてディスプレイの縦幅及びＭの縦幅を２００に変える。さらに図１を用いた実施形態と同様に考えてＭの各レンズのＸ軸方向に関する焦点距離を７２に変更する。これにより上下方向の集光性がないために生じる左右方向のピントと上下方向のピントの不一致を解消する。さらにディスプレイに表示する各映像の上下反転を止め、各映像をＺ軸方向のみ拡大する。例えばＤＴ５が４００の場合は拡大率を２．２５倍としＤＴ５が３００の場合は拡大率を３．０７倍とする。このシリンドリカルレンズも特にフレネルレンズにすることができる。
【０１２１】  本発明では再帰性反射物は集光型スクリーンに分類される。再帰性反射物は通常縦方向と横方向の両方に再帰性反射する。この特性は一例として直径５０μｍ程度の透明球を布に埋め込んだり表面に塗料と混ぜて塗布したりして作られることが知られている。球の替わりにキューブコーナーレンズが用いられることもある。また横方向にのみ再帰性がある反射物も再帰性反射物に分類する。これは望ましくはＳ上に映される映像の画素間隔より短い間隔で横方向に繰り返す合わせ鏡により作られることが知られている。再帰性反射物Ｓに関しては最短観察距離Ｌｏを０とおいて扱う。実用上はＳをその正面から観察し近づいたときにＳ全体で再帰性を保つ限界距離以上から観察することが望ましい。その場合はその点から発した光はＳのどの点に達してもそこで再帰的に反射した後に少なくとも左右方向に関して共役点付近に集められる。そうでない場合は再帰性を利用できるＳ上の領域が制限される。
【０１２２】  図２４は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の側面図であり紙面の上方向が観察者の上方向でありＺ軸とし、紙面の左方向が観察者の前方でありＹ軸とし、紙面の法線方向が観察者の右方向でありＸ軸とする。原点Ｏは２４０１の中心におく。以下図面にしたがってその構成を説明する。以下この形態では長さの単位はｍｍである。２４０１は横６００縦３００のスクリーンＳでありＸ軸方向にもＺ軸方向にも再帰性反射特性を有する再帰性反射物である。その中心Ｓｏが原点Ｏにある。ＰＭの座標を（０，−８００，０）とする。よってＰＭのＳｏからの半画角は０度である。２４０２及び２４０３はＡタイプの１０視差投光アレイのディスプレイと光路制御物Ｍである。ディスプレイ２４０２は横幅１３００縦幅６０であり横方向に１０分割して１０個の連続した視差のある映像Ｄ１、Ｄ２、…Ｄ１０を各々上下左右反転して表示する。つまりＤｋ−１とＤｋは視差のあるステレオ映像である。これらの映像は並べられて１つの映像として表示するようにし、その１つの映像は１つの再生装置から再生される。この図では再生装置は省略されている。光路制御物Ｍつまり２４０３は横方向に１０個のレンズ系Ｍ１、Ｍ２、…Ｍ１０を並べた物で各レンズ系の焦点距離は２３４でサイズは横１２０縦２００である。２４０５は焦点距離８００横幅３２０縦幅１６０の凹レンズであり、その中心は（０，−２００，−２００）にある。２４０６はハーフミラーである。この投光アレイから出た光は平面鏡２４０７、２４０５を経て２４０６で反射しさらに２４０１で再帰性反射し２４０６を透過して２４０４に達する。よってＰＭの共役点ＣＰＭの座標は（０，１００，−７００）となり、そこにＭの中央がおかれる。２４０４からの視野を示す光路が図に描かれている。これは図中の２４０４から光路を逆にたどって２４０２上のどの部分からの光を知覚するかを例示するものである。Ｍ１の左端の座標ＣＰ０は（−６００，１００，−７００）でありその共役点Ｐ０はほぼ（−３００，−８００，０）である。１から１０までのｋに対して、Ｍｋの右端の座標ＣＰｋは（−６００＋１２０×ｋ，１００，−７００）でありその共役点Ｐｋはほぼ（−３００＋６０×ｋ，−８００，０）であり、Ｍｋの中心の座標ＣＱｋはＣＰｋ−１とＣＰｋの中点であり、その共役点ＱｋはＰｋ−１とＰｋのほぼ中点である。２４０４はＥＬ又はＥＲを表しＰ０からＰ１０の範囲に位置することを想定する。ＣＰ１０とＣＰ０のＸ座標の差をＰ１０とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくと、ＲＴは２となる。ＣＰ１０とＣＰ０のＸ座標の差は１２００となり１３０にＲＴを乗じた値より大きい。また１９５にＲＴを乗じた値より大きい。２から９までのｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差は１２０であり、７０にＲＴを乗じた値より小さい。今２４０２と２４０３の距離は３００でありよってＤｋからの光はＭｋを通過してほぼＳ上に結像する。
【０１２３】  一方２４０８は赤外線を用いた距離計測器であり、Ｓと観察者の顔の距離を計測する。今その距離は８００であるが観察者が前方に移動するとその移動量ＥＦＢを算出する。その方法は多くのオートフォーカス付きカメラが用いている赤外線による距離計測方法と同じである。次にＥＦＢの絶対値があらかじめ定めた閾値３０以上であればＰＭを新たにこれまでの位置の前方ＥＦＢの点に更新する。よってＣＰＭは以前より前方に移動するがその量をＤＩＳＰＭとおく。単純に２４０３と２４０２をＤＩＳＰＭだけ前方に平行移動することでも立体映像を維持することができる。しかしこの形態では２４０５を平行移動してＣＰＭの位置の変化を無くす方法を例示する。つまり１例としてＥＦＢが−１００であるつまり２４０４のＳからの距離が９００になったとするとＤＩＳＰは−５３３となる。しかしこのとき、２４０５を１３８下げて（０，−２００，−３３８）の位置に移動すればＣＰＭの位置は以前の位置と一致するのでＭを移動する必要はない。さらに望ましくは今２４０２と２４０３の距離を約７延ばして３０７としＤｋからの光がＭｋを通過してほぼＳ上に結像する状態を完全に保つ。この新しい状態でもＣＰｋおよびＣＱｋに変化はない。Ｐｋはほぼ（−３２８＋６５．６×ｋ，−９００，０）に更新される。ＱｋはＰｋ−１とＰｋのほぼ中点である。ＥＬ又はＥＲは更新されたＰ０からＰ１０の範囲に位置することを想定する。ＣＰ１０とＣＰ０のＸ座標の差をＰ１０とＰ０のＸ座標の差で割った値の絶対値をＲＴとおくと、ＲＴは１．８３となる。ＣＰ１０とＣＰ０のＸ座標の差は１２００であり１３０にＲＴを乗じた値より大きい。また１９５にＲＴを乗じた値より大きい。２から９までのｋに対してＣＰｋとＣＰｋ−１のＸ座標の差は１２０であり、７０にＲＴを乗じた値より小さい。
【０１２４】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いずに立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅６５にわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅１３０にわたって動いても立体視が保たれる。第二に観察者の眼が左右に動いても装置の一部をその動きに追従させずにその動きにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。その理由となる原理は前述の図１７を用いた形態の場合と同じである。すなわち１から１０までのｋに対して、ＥＬがＰｋ−１とＰｋの間にある時ＥＬとＳ上の各点を結ぶ光路の延長はＭｋを通りＤｋに達する。一方ＥＲはＥＬの約６５右にあるためＭｋ＋１を通りＤｋ＋１に達するかまたはＭｋ＋２を通りＤｋ＋２に達する。ところがＤｋとＤｋ＋１の像およびＤｋとＤｋ＋２の像は互いに視差のあるステレオの関係にあるため立体視が実現する。そしてＰ０とＰ１０の距離は１３０より大きく、さらに１９５より大きい。よってこの立体視の関係は６５の幅にわたり保たれ、さらに１３０の幅にわたり保たれる。さらに１から１０までのｋに対してＤｋからの光がＳ上で結像するようにＭｋの焦点距離が定められているため前述のキャンセル原理が成り立ち、眼の移動により生じる映像の移動がほぼ１００％除かれ、眼の移動に伴い通過するレンズ系が変化したときの映像位置の跳びもなくなる。さらにＺ方向に関しても同じ原理により眼の移動により生じる映像の移動がほぼ１００％除かれる。
【０１２５】  さらに、ここでＭｋとＤｋの距離かＭｋの焦点距離を変えて、Ｄｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９１％以上１１１％以下で用いることも有用である。Ｄｋの光が結像する点とＭｋの距離がＭｋからＳまでの距離の９５％以上１０５％以下で用いることも有用である。その理由と生じる効果も前述と同じである。また用いる投光アレイがＢタイプであればキャンセル原理だけでなく前述の遠景原理も効果的に利用できる。またこの形態ではディスプレイと再生装置とメディアが１つで済むので節約となる。さらに観察者の眼のＹ座標が−８００から−９００の範囲において観察者が前後に動いても、２４０８の測定に基づき自動で２４０５の位置を変えて２４０３を観察者の両眼と共役な位置に保つので立体視を保つ。さらに２４０２と２４０３の距離も合わせて変えれば２４０２からの光が２４０１上で結像しキャンセル原理を保つようにできる。さらにキャンセル原理との組み合わせの結果観察者は前後左右にある程度動けるため快適に映像を見ることができる。また２３０３に凹面鏡ではなくレンズ系を用いたことで収差を調整するための設計上の自由度を得ている。
【０１２６】  またこの実施例で用いられているレンズの一部を特にフレネルレンズにすることができる。特に２４０５のサイズが大きい方が映像の視野を広くするので望ましい。フレネルレンズはサイズを大きくしてもレンズ厚が薄いため、視野の広い装置を設計しやすいという効果がある。
【０１２７】  尚この方法で投光アレイの視差数、レンズやディスプレイのサイズ、投光アレイのタイプを変えた様々な形態でも同様の作用と効果をもたらしうることは明らかである。特に２視差に変えた形態としても上に述べた作用と効果があり有効である。さらにＰ０とＰ１０の間に２人の観察者が位置すれば２人で同時に映像を楽しめる。その際Ｄ６からＤ１０の映像をＤ１からＤ５の映像と同じ物になるよう変更すると全く同じ映像を楽しめる。
【０１２８】  図２５は、本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図であり紙面の上方向が観察者の右方向を示しＸ軸とし、紙面の左方向が観察者の前方でありＹ軸とし、紙面の法線方向をＺ軸とする。原点Ｏを２５０１ｂの中心とする。図面にＸ軸とＹ軸と原点Ｏを示す。以下図面にしたがってその構成を説明する。以下この形態では長さの単位はｍｍとする。２５０１ａ、２５０１ｂ、および２５０１ｃは各々焦点距離２０００横幅１０００縦幅１０００のフレネル凸レンズでありスクリーンとして用いられる。その中心の座標は各々（９７０，−１７１，０）、（０，０，０）および（−９７０，−１７１，０）である。ＰＭの座標を（３００，−４０００，０）としそこに観察者２５０２が位置すると想定する。２５０３ａ、２５０３ｂ、および２５０３ｃは各々４視差投光アレイであり、その光路制御部は焦点距離２０５横幅６０縦幅１５０のレンズを４枚並べたものであり、そのディスプレイ部は横幅６０縦幅１５０の部分領域を４つ並べたものであり、各レンズと各部分領域は２１６離して向かい合うようにおかれる。２５０３ａは２５０１ａに関してＰＭと共役の位置（１６９４，３９６４，０）にその光路制御部の中心をおく。２５０３ｂは２５０１ｂに関してＰＭと共役の位置（−３００，４０００，０）にその光路制御部の中心をおく。２５０３ｃは２５０１ｃに関してＰＭと共役の位置（−２２４０，３６５８，０）にその光路制御部の中心をおく。さらに別の観察者２５０４が座標（−３００，−４０００，０）に位置しそこをＰＭ２と呼ぶ。２５０５ａ、２５０５ｂ、および２５０５ｃは各々上記と同形の４視差投光アレイである。２５０５ａは２５０１ａに関してＰＭ２と共役の位置（２２４０，３６５８，０）にその光路制御部の中心をおく。２５０５ｂは２５０１ｂに関してＰＭ２と共役の位置（３００，４０００，０）にその光路制御部の中心をおく。２５０５ｃは２５０１ｃに関してＰＭ２と共役の位置（−１６９４，３９６４，０）にその光路制御部の中心をおく。よってＰＭの各スクリーンからの距離はその焦点距離より大きく、ＰＭの各スクリーンからの半画角は３０度以下である。ＰＭ２についても同様である。各投光アレイの４つの映像は互いに視差のあるステレオ映像の関係にある。さらに２５０３ａの映像と２５０３ｂの映像と２５０３ｃの映像は１つの映像を左右に１／３ずつ分割した関係であるので観察者はこの３つをつなげた映像を見る。２５０５ａ、２５０５ｂと２５０５ｃの映像は各々２５０３ａ、２５０３ｂと２５０３ｃの映像と同一である。
【０１２９】  この形態では第一に眼鏡や特殊なディスプレイを用いずに立体映像を実現している。しかも観察者の両眼が左右方向に幅６５にわたって動いても立体視が保たれる。さらに幅１３０にわたって動いても立体視が保たれる。第二に観察者の眼が左右に動いても装置の一部をその動きに追従させずにその動きにより生じる観察される映像の移動をほぼ１００％除く。その理由となる原理は前述の図２３を用いた形態の場合と同じである。この形態ではＲＴは約１であり、Ｐ０とＰ４の距離は２４０である。
【０１３０】  スクリーンを１つ使う場合は視野を広げることによりスクリーンと光路制御物で用いるレンズのＦナンバーに対する要求が高くなる。しかしこの形態ではスクリーンを複数使うことでこの要求を軽減する効果がある。よって各スクリーンの焦点距離を短くしてＳとＭとの距離を短くとることが可能になり、よって装置をコンパクトにする利点がある。またこの形態では複数の観察者に同時に立体映像を見てもらえる。原理的にはスクリーンの数を２以上の任意の数に増やせることは明らかである。原理的には観察者の数を２以上の任意の数に増やせることは明らかである。原理的には投光アレイの視差数を２以上の任意の数に増やせることは明らかである。なお、この形態は特に視差数２の投光アレイでも行えるのでその例としても有効である。
【０１３１】  尚上述の実施例の多くはスクリーンＳおよび光路制御物に集光性があるため別の人が意図せずＳおよび光路制御物の周囲でカメラフラッシュをたきちょうど共役点付近に人が居合わせた場合失明させるなどの危険があるのでこの危険を避ける別の対策を設ける必要がある。特にＳおよび光路制御物が楕円面の場合のように２次元的な集光性がある場合は注意が必要である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施の形態による立体映像装置の平面図である。
【図２】図１に示した立体映像装置の側面図である。
【図３】本発明の原理を説明する平面図である。
【図４】本発明の原理を説明する平面図である。
【図５】本発明の原理を説明する平面図である。
【図６】本発明の原理を説明する平面図である。
【図７】本発明の原理を説明する平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。
【図９】他の実施形態による要部の平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。
【図１１】図１０に示した立体映像装置の側面図である。
【図１２】本発明の原理を説明する平面図である。
【図１３】図１０に示した立体映像装置の要部の光路図である。
【図１４】図１０に示した立体映像装置の要部の光路図である。
【図１５】図１０に示した形態を変えたときの要部の光路図である。
【図１６】図１０に示した形態を変えたときの要部の光路図である。
【図１７】本発明の他の実施形態による立体映像装置の側面図である。
【図１８】図１７に示した立体映像装置の要部の平面図である。
【図１９】他の実施形態による要部の正面図である。
【図２０】図１９に示した要部の側面図である。
【図２１】本発明の原理を説明するチャートである。
【図２２】本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。
【図２３】本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。
【図２４】本発明の他の実施形態による立体映像装置の側面図である。
【図２５】本発明の他の実施形態による立体映像装置の平面図である。
【図２６】図１に示した形態を説明するチャートである。
【図２７】本発明の原理を説明するチャートである。
【０１３３】１０１  スクリーンＳ
１０２ａ  左眼用画像ＤＬの表示部
１０３ａ  光路制御用の鏡ＭＬ
１０４ａ  左眼が位置すると想定する位置ＥＬ
１０２ｂ  右眼用画像ＤＲの表示部
１０３ｂ  光路制御用の鏡ＭＲ
１０４ｂ  右眼が位置すると想定する位置ＥＲ
１０５  小さなディスプレイ
１０６  プリズム
１０７ａ  ＤＬを表示するディスプレイ
１０７ｂ  ＤＲを表示するディスプレイ
１０８ａ  ＭＬ
１０８ｂ  ＭＲ
８０１  スクリーンＳ
８０２ａ  ＤＬの表示部
８０３ａ  ＭＬ
８０４ａ  ＥＬ
８０２ｂ  ＤＲの表示部
８０３ｂ  ＭＲ
８０４ｂ  ＥＲ
９０１  シリンドリカルな凹レンズ
９０２  平面鏡
９０３  シリンドリカルな凸レンズ
１００１  スクリーンＳ
１００２ａ  ＤＬの表示部
１００３ａ  ＭＬ
１００４ａ  ＥＬ
１００２ｂ  ＤＲの表示部
１００３ｂ  ＭＲ
１００４ｂ  ＥＲ
１７０１  スクリーンＳ
１７０２  ディスプレイ
１７０３  光路制御物
１７０４  左眼の想定位置ＥＬと右眼の想定位置ＥＲ
１７０５  平面鏡
１７０６  平面鏡
１７０７  平面鏡
１７０８  再生装置
１７０９  外枠
１７１０  ハーフミラー
１７１１  フォーカス分析部
１９０１ａ，ｂ，ｃ，ｄ  凸レンズ
１９０２ａ，ｂ，ｃ，ｄ  凹レンズ
１９０３ａ，ｂ，ｃ，ｄ  平面鏡
１９０４ａ，ｂ，ｃ，ｄ  平面鏡
１９０５ａ，ｂ，ｃ，ｄ  ディスプレイ
２２０１  スクリーンＳ
２２０２ａ，ｂ，ｃ，ｄ  ディスプレイ
２２０３  光路制御物Ｍ
２２０４  左眼の想定位置ＥＬ
２２０５ａ，ｂ，ｃ，ｄ  映写機
２３０１  スクリーンＳ
２３０２  ６視差投光アレイのディスプレイ
２３０３  ６視差投光アレイの光路制御物Ｍ
２３０４  ＥＬ又はＥＲ
２３０５  凸レンズ
２３０６  凹レンズ
２３０７  ハーフミラー及びフォーカス分析部
２４０１  スクリーンＳ
２４０２  Ａタイプの１０視差投光アレイのディスプレイ
２４０３  Ａタイプの１０視差投光アレイの光路制御物Ｍ
２４０４  ＥＬ又はＥＲ
２４０５  凹レンズ
２４０６  ハーフミラー
２４０７  平面鏡
２４０８  距離計測器
２５０１ａ，ｂ，ｃ  スクリーン
２５０２  観察者
２５０３ａ，ｂ，ｃ  ４視差投光アレイ
２５０４  別の観察者
２５０５ａ，ｂ，ｃ  ４視差投光アレイ
【図１】
2006309115.tif 000004
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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