(57)【要約】【課題】  視域及び分解能を向上可能な立体像再生装置を提供する。【解決手段】  本装置においては、複数の投影画像を入射角度を変えてレンティキュラレンズシート５上に投影して重ねることによって立体映像の横要綱視域を、レンティキュラレンズシート１２によって縦方向視域を拡大する。投影光学系の数を増加させると、観察者にとって輝点となるレンティキュラレンズシート５の各レンズ後側焦点面の集光点が追加できるので、横分解能をレンティキュラレンズピッチに依存せずに細かくすることができる。【選択図】  図３
2011013679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影された画像を横方向に沿って拡散する光学系からなる第１拡散スクリーンと、前記横方向に沿って配置された複数の画像表示装置からそれぞれ出力される複数の画像をそれぞれ異なる入射角度で前記第１拡散スクリーン上に投影して重ね合わせる複数の投影手段と、前記第１拡散スクリーンから出射された画像を縦方向に沿って拡散する光学系からなる第２拡散スクリーンとを備えることを特徴とする立体像再生装置。
【請求項２】
前記第１拡散スクリーンは、入射光を前記横方向のみに集光するレンティキュラレンズを前記横方向に沿って複数配列してなるレンティキュラレンズシートであり、前記第２拡散スクリーンは、入射光を前記縦方向のみに集光するレンティキュラレンズを前記縦方向に沿って複数配列してなるレンティキュラレンズシートであり、これらの集光位置よりも後側で前記第２拡散スクリーンからの出力画像は観察されることを特徴とする請求項１に記載の立体像再生装置。
【請求項３】
前記複数の投影手段は、前記第１拡散スクリーン上に略平行光束として、それぞれの画像を投影する光学系からなることを特徴とする請求項１に記載の立体像再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡なしで、立体映像を表示することができる映像方式としてレンティキュラ方式があり、以下の立体像再生装置が知られている。
【０００３】
（従来例１）
【０００４】
レンティキュラシートと拡散板に投影像を投影した代表例として、非特許文献１が知られている。従来例１では、レンティキュラレンズシートの１ピッチ内の拡散板上に８個の画素を投影している。８個の画素は拡散板で拡散光に変換され、レンティキュラレンズを透過後、８方向の光束となり視域８箇所にそれぞれの画素の光が集光する。従って８箇所の集光点に両眼を置くことで立体像を観察することができる。すなわち、従来例１では、拡散点である画素の位置が光束の拡散方向に対応している。このようなレンティキュラレンズを用いた立体映像表示装置は、特許文献１にも記載されている。
【０００５】
（従来例２）
【０００６】
レンティキュラレンズシート上に画像フィルムを貼り付け、平行光を照射したものは特許文献２に記載されている。同公報においては、画像フィルムに平行光を通過させることによって、当該平行光を画像の階調に比例した光強度に変換し、続いてレンティキュラレンズシートを通過させた後、その焦点を通り発散光に変換される。この発散光の発散方向は、画像フィルム上の画素の位置に対応する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３０４６８５号公報
【特許文献２】特公昭５４−３８５００号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「D. Takemori,et a1.,“Invited Paper:3-D Display with Large Double Lenticular Screens”,SID 95 Digest,p.55-58,1995」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来例１、２の装置においては、立体映像の観察領域を広げるのが困難であった。観察領域を広げるためには、Ｆナンバーの小さいレンティキュラレンズを用い、光束全体を広げ、且つ、前記レンティキュラレンズ内に多くの画素を配置し、異なる画像情報を載せた微小な光束から出力画像を構成する必要がある。ところが、小さいレンティキュラレンズ焦点面上に多くの画素を配置することは困難であり、また、Ｆナンバーのレンズは高価且つ製作が困難であり、また、更にはＦナンバーを小さくするためのレンティキュラシートの厚板化によって重量が増加する。
【００１０】
更に、立体像の横分解能に関して言えば、従来例１のように、レンティキュラレンズ前側焦点に拡散板を配置した場合、拡散板より発散した画素情報を持つ光はレンティキュラレンズ全面に渡り拡散し、広がっていく光束となる。従って観察者からレンティキュラレンズのどの部分を注視しても同じ明るさの光が観察されることから、その横分解能はレンティキュラレンズのピッチに制限される。
【００１１】
また、従来例２ように、画素情報をレンティキュラレンズに貼り付け、レンティキュラレンズに平行光を入射した場合、画素情報を持つ光は、レンティキュラレンズ後側焦点に集光し、前記集光点からの発散光となる。従って観察者からはレンティキュラシート直後に輝点が並んで観測され、その間隔はレンティキュラレンズピッチ幅に依存する。すなわち、上記いずれの従来例の場合においても、横分解能はレンティキュラレンズピッチによって制限されている。
【００１２】
本発明は、上記従来例の欠点に鑑み為されたものであり、視域及び分解能を向上可能な立体像再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の立体像再生装置は、投影された画像を横方向に沿って拡散する光学系からなる第１拡散スクリーンと、横方向に沿って配置された複数の画像表示装置からそれぞれ出力される複数の画像をそれぞれ異なる入射角度で第１拡散スクリーン上に投影して重ね合わせる複数の投影手段と、第１拡散スクリーンから出射された画像を縦方向に沿って拡散する光学系からなる第２拡散スクリーンとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本装置においては、複数の画像表示装置から出力される複数の画像を投影手段によって入射角度を変えて第１拡散スクリーン上に投影して重ねることにより、立体映像の横方向視域を拡大し、第２拡散スクリーンにより縦方向視域を拡大することができる。
【００１５】
また、第１拡散スクリーンは、入射光を横方向のみに集光するレンティキュラレンズを横方向に沿って複数配列してなるレンティキュラレンズシートであり、第２拡散スクリーンは、入射光を縦方向のみに集光するレンティキュラレンズを縦方向に沿って複数配列してなるレンティキュラレンズシートであり、これらの集光位置よりも後側で第２拡散スクリーンからの出力画像は観察されることが好ましい。
【００１６】
レンティキュラレンズの各レンズの集光位置は、観察者にとっては輝点となる。本装置では、投影手段の数を増加させることにより、観察者にとって輝点となるレンティキュラレンズシートの各レンズ後側焦点面の集光点が追加できるので、その横分解能をレンティキュラレンズピッチに依存せずに向上させることができる。
【００１７】
また、複数の投影手段は、第１拡散スクリーン上に略平行光束として、それぞれの画像を投影する光学系からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の立体像再生装置によれば、視域及び分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】立体像再生装置をｙ軸方向から見た装置光学系の説明図である。
【図２】立体像再生装置をｘ軸方向から見た装置光学系の説明図である。
【図３】第１実施形態に係る立体像再生装置の説明図である。
【図４】第１、第２斜入射投影光学系により視域を広げた様子を説明するためにレンティキュラレンズ出射側の光束を示す説明図である。
【図５】第２実施形態に係る立体像再生装置の説明図である。
【図６】第３、第４斜入射投影光学系により視域を広げた様子を説明するためにレンティキュラレンズ出射側の光束を示す説明図である。
【図７】第３実施形態に係る立体像再生装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る立体像再生装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２１】
本立体像再生装置は、レンティキュラレンズシートを用いた再生方式を採用している。このレンティキュラ方式は、観察者の両目を結んだ方向（横方向）の両眼視差に基づいて立体視を行うものである。以下の説明においては、この横方向を規定する軸をｘ軸（横方向）、レンティキュラレンズシートの厚み方向を規定する軸をｄ軸（深さ方向）、ｘ軸及びｄ軸の双方に垂直な方向を規定する軸をｙ軸（縦方向）とする。
【００２２】
図１は立体像再生装置をｙ軸方向から見た装置光学系の説明図、図２は立体像再生装置をｘ軸方向から見た装置光学系の説明図である。
【００２３】
なお、本装置は対向配置された第１、第２レンティキュラレンズシート（拡散スクリーン）５，１２及び光軸がｄ軸に一致したレンズ４を備えており、これらには垂直方向（ｄ軸方向）から１本の光束が、斜め方向（ｘ−ｄ平面内においてｄ軸と所定角度を有する方向）から２本以上の光束が入射するが、ここでは、まず、垂直方向入射のみが行われる構成について説明し、続いて斜め入射も行われる構成について説明する。
【００２４】
以下、垂直方向入射について説明する。
【００２５】
本装置は、液晶パネル（画像表示装置）１、液晶パネル１上に表示された画像を集光するレンズ２、レンズ２の集光位置に配置されたマスク３、マスク３を透過した光束が入射するレンズ４、レンズ４によって略平行光とされた光束が投影される第１レンティキュラレンズシート５、第１レンティキュラレンズシート５から出射された光束が入射する第２レンティキュラレンズシート１２を備えている。
【００２６】
なお、レンズ２及び４の光軸はｄ軸に一致し（レンズ２の光軸とレンズ４の光軸は一致している）、液晶パネル１の表示面はｄ軸に対して垂直であり、液晶パネル１の中心はレンズ２の光軸上に配置されている。また、平行光で投影結像するために用いたマスク３は、レンズ２の後側焦点位置であってレンズ４の前側焦点位置となる位置において、ｄ軸に対して垂直に配置され、この焦点面を３６とする。
【００２７】
第１及び第２レンティキュラレンズシート５，１２，レンズ２，レンズ４は、互いに平行に配置され、且つ、これらの中心は一致する。第１レンティキュラレンズシート５は、ｙ軸方向を長手方向とする複数のレンティキュラレンズ（シリンドリカルレンズ）をｘ軸方向に沿って配列してなり、各レンティキュラレンズはｘ軸方向に沿って入射光を集光する。一方、第２レンティキュラレンズシート１２は、ｘ軸方向を長手方向とする複数のレンティキュラレンズをｙ軸方向に沿って配列してなり、各レンティキュラレンズはｙ軸方向に沿って入射光を集光する。換言すれば、第２レンティキュラレンズシート１２は、ｄ軸を中心に第１レンティキュラレンズシート５を９０度回転させたものである。
【００２８】
なお、それぞれのレンティキュラレンズシート５，１２の光入射側は平坦であり、光出射側は凸レンズ面を構成している。レンティキュラレンズシート５（１２）の各レンティキュラレンズに入射した画素は、集光位置を過ぎると横（縦方向）に沿って拡散（発散）する。
【００２９】
ここで、各構成要素の寸法について説明しておく。
【００３０】
第１レンティキュラレンズシート５は、レンズピッチ１０、シートサイズ１１を有する。レンティキュラレンズシート５の寸法に関して言えば、横幅１１＝０．５１２ｍ、縦幅１１’＝０．４１０ｍ、レンズピッチ１０＝０．００２ｍであり、レンズの個数は２５６個、各レンズの焦点距離は０．００６４ｍである。
【００３１】
第２レンティキュラレンズシート１２は、レンズピッチ１０、シートサイズ１１を有する。レンティキュラレンズシート１２の寸法に関して言えば、横幅１１＝０．５１２ｍ、縦幅１１’＝０．４１０ｍ、レンズピッチ１０＝０．００２ｍであり、レンズの個数は２０５個、各レンズの焦点距離は０．００２５ｍである。
【００３２】
液晶パネル１は、ＳＸＧＡ（横方向画素数１２８０、縦方向画素数１０２４）であって、ピクセルピッチ２８μｍのものを使用した。液晶パネル１の位置とレンティキュラレンズシート５の位置は結像関係とし、液晶パネル１とレンズ２の距離６を０．０５７ｍ、レンズ４とレンティキュラレンズシート５の距離９を０．０１０ｍとする。なお、液晶パネル１の表示面はレンズ２の光軸に垂直である。
【００３３】
レンズ２の後側焦点距離７（以下、ｆ１とする）は０．０５３３４ｍ、レンズ４の前側焦点距離８（以下、ｆ２とする）は０．７６２ｍとし、液晶パネル１の画像がレンティキュラレンズシート全体を覆うように設定されている。
【００３４】
入射光波長をλ、液晶パネルのピッチをＰとすると、マスク３の開口の直径はｆ１×λ／Ｐから算出され、本例の場合、７．６１４×１０-3ｍである。ただし、入射光波長λは可視光の短い方（４．０×１０-7ｍ）に設定する。
【００３５】
次に、本装置の機能について説明する。液晶パネル１に表示した合成画像は、光軸をレンズ２、マスク３、レンズ４を介して第１レンティキュラレンズシート５に略平行光で投影結像される。すなわち、液晶パネル１はｄ軸方向に画像を出力し、レンズ２はｘ及びｙ軸方向に出力画像を集光し、集光された画像は焦点位置を過ぎると拡散するが、レンズ４はこの画像を平行光に変換して第１レンティキュラレンズシート５上に投影する。投影画像は、第１レンティキュラレンズシート５の各レンティキュラレンズによって、一旦集光された後に、焦点位置を過ぎた地点から横方向ｘに視域が拡大されるように発散する。
【００３６】
第２レンティキュラレンズシート１２は、第１レンティキュラレンズシートの焦点距離よりも離隔しているので、第１レンティキュラレンズシート５から出力される画像は、焦点位置を過ぎてｘ方向に拡散しながら第２レンティキュラレンズシート１２に入射する。このｘ方向拡散画像は、第２レンティキュラレンズシート１２の各レンティキュラレンズによって、一旦集光された後に、第２レンティキュラレンズシート１２の焦点位置を過ぎた地点から、縦方向ｙに視域が拡大されるように発散する。したがって、レンティキュラレンズシート対５，１２に投影された画像は、横（ｘ）及び縦（ｙ）方向に視域が広がるように拡大される。
【００３７】
液晶パネル画素数と、第１レンティキュラレンズシート５のレンティキュラレンズの個数との関係から、１つのレンティキュラレンズに投影される画素数が決定される。本例では、第１レンティキュラレンズシート５のうちの１つのレンティキュラレンズに５画素を投影した（横方向ｘに５画素）。
【００３８】
この５画素は視域を５つに分割し、各視域において観察すべき視差画像が５つであることを意味する。レンズピッチ１１（＝０．００２ｍ）と、上記５画素から導き出される隣接画素間の距離０．０００４ｍと、レンティキュラレンズ焦点距離より、画素間の横方向の視域角は３．５７６度となり、全体では１４．３１度となる。
【００３９】
第１レンティキュラレンズシート５の焦点位置からｄ軸に沿って光出射方向に１ｍの離隔した位置を観察位置として想定する（以後、観察位置と記述）。横方向の視域角より求められる横方向の視域は０．２５１１ｍである。すなわち、レンティキュラレンズシート５を構成する１つのレンティキュラレンズの横方向の視域は０．２５１１ｍである。前述観察位置の中央（以降、観察位置中央と記述）で観察した場合、０．２５１ｍの大きさまで観察できるが、レンティキュラレンズシート５の両端は視域角外に位置するため、全体を観察することはできない。
【００４０】
一方、第２レンティキュラレンズシート１２は、縦方向ｙの視域を確保するものである。縦方向ｙの視域角は４３．６０度であり、１つのレンティキュラレンズは観察位置において０．７９９９ｍの視域を有し、縦方向に観察位置中央±０．２０ｍの範囲で全体を観察することができる。すなわち、本装置の分解能（輝点間隔）は０．００２０ｍ、画面サイズは０．２５１ｍ、視域（角）は横方向０．０９８ｍ（１４．３１度）×縦方向０．４ｍ（４３．６０度）である。
【００４１】
次に液晶パネル１に表示した合成画像に関して説明する。
【００４２】
本例では、視域を５分割しているので、各視域画像の横方向の１画素分を液晶パネル１の横方向において５画素周期で配置し、縦方向では１つのレンティキュラレンズに５画素を挿入しているので、液晶パネル１の縦方向の５画素分を各視域画像の縦方向の１画素分とした。
【００４３】
（第１実施形態）
【００４４】
上述の垂直入射投影光学系だけでは、大きさ０．５１２ｍの画面を観察できないので、斜入射により視域の拡大を行う。以下、斜入射投影光学系について説明する。
【００４５】
図３は、図１に示した立体像再生装置に斜入射構成を付加したものをｙ軸方向から見た装置光学系の説明図である。図１において既に説明した通り、液晶パネル１、レンズ２，マスク３は垂直入射の投影光学系を構成している。本例では、液晶パネル１１２、レンズ１３、マスク１４からなる第１斜入射投影光学系を上記装置に追加し、垂直入射に対して第１斜入射投影光学系と対称な位置に液晶パネル１７、レンズ１８、マスク１９からなる第２斜入射投影光学系を追加した。これ以外の構成は、第１実施形態の装置と同一である。
【００４６】
なお、レンズ４の中心を原点とした座標系（ｘ，ｄ）、レンズ１３のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ１，Ｄ１）、レンズ１８のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ２，Ｄ２〉を図示の如く設定する。なお、Ｘ１軸及びＸ２軸は各レンズ１３，１８の瞳を規定する直径に一致し、Ｄ１軸及びＤ２軸はそれぞれこれらに垂直である。また、光の入射角はｄ軸に対して反時計回りを正とし、説明における軸の説明に関してはｘ−ｄ平面内のものとし、また、液晶パネル表示面の法線はｘ−ｄ平面内に位置することとする。
【００４７】
本例では、垂直入射による視域に加えて、第１及び第２斜入射による視域を確保することによって、連続的かつ重複せずに全体の視域を広げる。視域確保のため、第１斜入射投影光学系から出射される光束３３とｄ軸とのなす角度で規定される入射角２２（以降、この角度をθ１とする）を−１７．８８度、第２斜入射投影光学系から出射される光束３５とｄ軸とのなす角度で規定される入射角２４（以降、この角度をθ２とする）を１７．８８度に設定する。
【００４８】
（第１斜入射投影光学系）
【００４９】
第１斜入射投影光学系について説明する。第１斜入射投影光学系は、光出射方向がレンズ４側を向いて配置される液晶パネル１１２、レンズ１３、マスク１４をＤ１軸の光出射方向に沿って順次配列することにより構成される。レンズ４の焦点距離ｆ２及び入射角θ１から決定されるマスク１４の中心（開口）位置は、座標（ｘ、ｄ）＝（０．２４５８ｍ，０．７６２０ｍ）である。マスク１４の中心位置とレンティキュラレンズシート５の光入射面中心を通る光線３２において、レンズ４の瞳を規定する中心軸（ｘ軸）との交点２７を通り、レンズ４の光軸（ｄ軸）に平行な軸を３０とする。なお、ｄ軸上に位置する第１レンティキュラレンズシート５の光入射側表面位置を２９とする。
【００５０】
レンズ１３の光軸は光線３２と一致し、後側焦点距離１６（＝ｆ１）を有する。光線３２と軸３０とのなす角度２３（以降、この角度をθ１’）はｆ２，θ１の値より−１７．６６度とする。レンズ１３の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ１、θ１’より、（ｘ、ｄ）＝（０．２６２０ｍ，０．８１２８ｍ）とする。
【００５１】
液晶パネル１１２上の画像をレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像させるため、液晶パネル１１２の中心をレンズ１３の光軸上座標（ｘ、ｄ）＝（０．２７９３ｍ，０．８６７０ｍ）に配置し、液晶パネル１１２の表示面をｙ軸を中心に、反時計回りにレンズ１３の光軸に垂直なＸ１軸に対して、−０．０２１０度傾ける。液晶パネル中心とレンズ１３との距離１５は０．０５６９ｍである。
【００５２】
（第２斜入射投影光学系）
【００５３】
次に、第２斜入射投影光学系について説明する。第２斜入射投影光学系は、光出射方向がレンズ４側を向いて配置される液晶パネル１７、レンズ１８、マスク１９から構成される。レンズ４の焦点距離ｆ２及び入射角θ２から決定されるマスク１９の中心位置は、座標（ｘ、ｄ）＝（−０．２４５８ｍ，０．７６２０ｍ）である。マスク１９の中心位置とレンティキュラレンズシート５の光入射面中心を通る光線３４において、レンズ４の瞳を規定する中心軸（ｘ軸）との交点２８を通り、レンズ４の光軸（ｄ軸）に平行な軸を３１とする。
【００５４】
レンズ１８の光軸は光線３４と一致し、後側焦点距離２１（＝ｆ１）を有する。光線３４と軸３１とのなす角度２５（以降、この角度をθ２’）はｆ２，θ２の値より１７．６６度とする。レンズ１８の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ２、θ２’より、（ｘ、ｄ）＝（−０．２６２０ｍ，０．８１２８ｍ）とする。
【００５５】
液晶パネル１７上の画像をレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像させるため、液晶パネル１７の中心をレンズ１８の光軸上座標（ｘ、ｄ）＝（−０．２７９３ｍ，０．８６７０ｍ）に配置し、液晶パネル１７の表示面をｙ軸を中心として、反時計回りにレンズ１８の光軸に垂直なＸ２軸に対して、０．０２１０度傾ける。液晶パネル中心とレンズ１８との距離２０は０．０５６９ｍである。
【００５６】
このように、２つの斜入射投影光学系を垂直入射投影光学系に追加した結果、２つのレンティキュラレンズシート５，１２通過後においては横方向ｘ及び縦方向ｙに投影画像が拡散することにより拡大される。縦方向ｙの視域角は上記装置と同一であるが、横方向の視域角は１４．３１度から５０．０６度に広がり、１つのレンティキュラレンズに関しては言えば、前述条件の観察位置における視域は０．９３３９ｍとなる。本例では、図４のｘ１軸において前述観察位置中央±０．２１０９ｍの範囲で両端を除いた０．５１０ｍの立体画像を観察できる。
【００５７】
上述のように、縦方向の視域に関しては前述の垂直入射と同様である。液晶パネルに表示した合成画像は、前述、垂直入射時と同様である。ただし、垂直入射、第１斜入射、第２斜入射の表示する視域画像がそれぞれ異なる。本装置の分解能（輝点間隔）は０．００２０ｍ、画面サイズは０．５１００ｍ、観察位置中央からの縦方向の視域は±０．２０ｍである。視域角は横方向５０．０６度×縦方向４３．６０度である。ここで、上記視域拡大について詳説する。
【００５８】
図４は、第１、第２斜入射投影光学系により視域を広げた様子を説明するためにレンティキュラレンズ出射側の光束を示す説明図である。横方向をｘ１軸（−ｘ軸）、深さ方向をｄ１軸（＝−ｄ軸）とする。ここでは、横方向の視域拡大について説明するため、縦方向光拡散用に用いられる第２レンティキュラレンズシート１２の記載を省略して説明する。レンティキュラレンズシート５の光出射方向に沿ってレンティキュラレンズシート５の焦点面１０２、焦点面１０２から距離１１２’だけ離隔した出射像の観察平面１０９が順に位置する。
【００５９】
同図に示すように、第１レンティキュラレンズシート５を構成する１つのレンティキュラレンズ４２には横方向ｘに沿って隣接した５つの画素からの光線が入射する。すなわち、１つのレンティキュラレンズ５に、垂直及び第１並びに第２斜入射投影光学系のそれぞれから、横方向ｘの画素５つ分が略平行光として入射する。なお、これに隣接するレンティキュラレンズは、ｘ１軸に沿って距離４０及び４１だけ離隔している。これらの距離４０、４１は等しく、レンズ間隔を規定する。
【００６０】
第１斜入射による出射光の光軸１２０がｄ１軸となす角度を第１斜入射の出射角１２５とし、第２斜入射による出射光の光軸１３０がｄ１軸となす角度を前記第２斜入射の出射角１３５とする。これらの出射光は中心軸ｄ１に対して対称に進行する。
【００６１】
垂直入射に対応する出射光の光軸４４（１０６）に垂直な平面内の輝度分布の有効径を規定する横方向両端の光束を１０４及び１０８とすると、この輝度分布内に１つのレンティキュラレンズ内に入射する横方向５画素分の光束１０４，１０６，１０７，１０８が分布し、両端の光束１０４及び１０８のなす角度を符号１１６で示す。なお、垂直、第１、第２入射、いずれの入射の場合においても、横方向に隣接する画素からの光束のなす角度（視域角）（１つ分の画素からの光束の広がり角度）１１５は等しく、また、光束の有効径を規定する広がりの角度１１６，１２６，１３６は等しい。なお、１つ分の画素からの光束の観察平面１０９上での領域を符号１１３で示す。
【００６２】
第１斜入射に対応する出射光の光軸１２０に垂直な平面内の輝度分布の有効径を規定する横方向両端の光束を１１８及び１２２とすると、この輝度分布内に１つのレンティキュラレンズ内に入射する横方向５画素分の光束１１８，１１９，１２０，１２１，１２２が分布する。両端の光束１１８及び１２２のなす角度を符号１２６で示す。第１斜入射の場合、第１斜入射の光線１１８とレンティキュラレンズシート５に垂直な軸３８のなす角１２４と、垂直入射の光線１０８とレンティキュラレンズシート５に垂直な軸４４のなす角４３’の差を、前述の垂直入射で説明した１画素分の視域角１１５（＝３．５７６度）と等しく設定することにより、連続的かつ重複せずに全体の視域を拡大することができる。すなわち、垂直及び第１入射による観察平面１０９での視域１１４及び１２３は重複せずに連続的に隣接する。
【００６３】
第２斜入射に対応する出射光の光軸１３０に垂直な平面内の輝度分布の有効径を規定する横方向両端の光束を１２８及び１３２とすると、この輝度分布内に１つのレンティキュラレンズ内に入射する横方向５画素分の光束１２８，１２９，１３０，１３１，１３２が分布する。両端の光束１２８及び１３２のなす角度を符号１３６で示す。第２斜入射の場合、第２斜入射の光線１３２とレンティキュラレンズシート５に垂直な軸３９のなす角１３４と、垂直入射の光線１０４とレンティキュラレンズシート５に垂直な軸４４のなす角４３の差を、前述の垂直入射で説明した１画素分の視域角１１５（＝３．５７６度）と等しくすることにより、連続的かつ重複せずに全体の視域を広げることができる。すなわち、垂直及び第２入射による観察平面１０９での視域１１４及び１３３は重複せずに連続的に隣接する。
【００６４】
垂直入射、第１斜入射、第２斜入射における１画素分の視域角１１５（＝３．５７６度）を等しく設定することにより求められる全体の視域は、５０．０６度となる。
【００６５】
なお、垂直入射による焦点面１０２における輝点１０３の位置を原点とし、（ｘ１，ｄ１）座標系を図４のように取った場合、第１斜入射による輝点１１７の位置はレンティキュラレンズシートの焦点距離１１１と入射角より、座標（ｘ１，ｄ１）＝（０．００２ｍ，０．０ｍ）となり、第２斜入射による輝点１２７の位置は、座標（ｘ１，ｄ１）＝（−０．００２ｍ，０．０ｍ）となる。なお、３つの輝点１０３，１１７，１２７はレンズピッチ４０，４１分だけ離れているため、設計の際には１つの輝点として扱うことができる。
【００６６】
（第２実施形態）
【００６７】
次に、斜入射投影光学系を更に付加することにより、輝点間隔を短くした実施形態について述べる。
【００６８】
図５は、第２実施形態に係る立体像再生装置の説明図である。本例では、上記第１実施形態に示した垂直入射投影光学系（２００とする）、第１斜入射投影光学系（２０１とする）、第２斜入射投影光学系（２０２とする）に加えて、第３及び第４斜入射投影光学系２０３，２０４を追加した。これ以外の要素は第１実施形態のものと同一である。また、新たに追加した第３斜入射投影光学系２０３と第４斜入射投影光学系２０４に用いる液晶パネル、レンズ、マスクは第１実施形態で用いたものと同一である。なお、第２レンティキュラレンズシート１２の焦点距離は０．００１５ｍ、レンズ間隔は０．００１２ｍとした。
【００６９】
レンズ２１０のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ３，Ｄ３）、レンズ２１３のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ４，Ｄ４）を図中に示す。なお、Ｘ３軸及びＸ４軸は各レンズ２１０，２１３の瞳を規定する直径に一致し、Ｄ３軸及びＤ４軸はそれぞれこれらに垂直である。
【００７０】
（第３斜入射投影光学系）
【００７１】
第３斜入射投影光学系２０３は、液晶パネル２０９、レンズ２１０、マスク２１１を光出射方向に沿って順番に配列してなる。本例では、第３斜入射投影光学系２０３から出射される光の光軸２２６によって規定される入射角２０７（以降、この角度をθ３とする）を−８．９４０度、第４斜入射投影光学系２０４から出射される光の光軸２２７によって規定される入射角２０８（以降、この角度をθ４とする）を８．９４０度とし、輝点の間隔を短くした。本例においては、第３及び第４斜入射投影光学系２０３，２０４は、それぞれ第１及び第２斜入射投影光学系２０１，２０２よりも内側に配置されており、入射角の大きさはこれらのものよりも小さい。
【００７２】
マスク２１１の中心位置は、ｆ２とθ３より（ｘ、ｄ）＝（０．１１９９ｍ，０．７６２０ｍ）とした。マスク２１１の中心位置とレンティキュラレンズシート５の光入射面中心を通る光線２２５において、レンズ４の中心軸ｘとの交点２２９を通り、レンズ４の光軸に平行な軸を２２３とする。光線２２５と軸２２３とのなす角度２０５’（以降、この角度をθ３’とする）は、ｆ２，θ３の値より−８．８２５度とする。
【００７３】
レンズ２１０の光軸は光線２２５に一致した配置を取り、レンズ２１０の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ３、θ３’より（ｘ、ｄ）＝（０．１２８１ｍ，０．８１４７ｍ）とする。液晶パネル２０９上の画像がレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像するように液晶パネル中心をレンズ２１０の光軸上（ｘ、ｄ）＝（０．１３６８ｍ，０．８７１０ｍ）に配置し、液晶パネル２０９をｙ軸を中心としてＸ３軸に対して反時計回りに−０．０１０６度傾けた。液晶パネル２０９の中心とレンズ２１０との距離２１７は０．０５７０ｍとした。なお、レンズ２１０から、その後側焦点距離２１８だけ離隔した位置にマスク２１１の中心が配置されており、マスク２１１はレンズ４の前側焦点位置に配置される。
【００７４】
（第４斜入射投影光学系）
【００７５】
第４斜入射投影光学系２０４は、液晶パネル２１２、レンズ２１３、マスク２１４を光出射方向に沿って順番に配列してなる。マスク２１４の中心位置は、ｆ２とθ４より（ｘ、ｄ）＝（−０．１１９９ｍ，０．７６２０ｍ）とする。マスク２１４の中心位置とレンティキュラレンズシート光入射面中心（ｄ軸と光入射面の交点）を通る光線２２８において、レンズ４の中心軸ｘとの交点２３０を通り、レンズ４の光軸に平行な軸を２２４とする。光線２２８と軸２２４とのなす角度２０６’（以降、この角度をθ４’とする）は、ｆ２，θ４の値より８．８２５度とした。
【００７６】
レンズ２１３の光軸は光線２２８に一致した配置を取り、レンズ２１３の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ４、θ４’より（ｘ、ｄ）＝（−０．１２８１ｍ，０．８１４７ｍ）とする。液晶パネル２１２上の画像がレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像するように液晶パネル中心をレンズ２１３の光軸上（ｘ、ｄ）＝（−０．１３６８ｍ，０．８７１０ｍ）に配置し、液晶パネル２１２をｙ軸を中心としてＸ４軸に対して反時計回りに０．０１０６度傾けた。液晶パネル２１２の中心とレンズ２１３との距離２１９は０．０５７０ｍとした。なお、レンズ２１３から、その後側焦点距離２２０だけ離隔した位置にマスク２１４の中心が配置されており、マスク２１４はレンズ４の前側焦点位置に配置される。
【００７７】
図６は、第３、第４斜入射投影光学系により視域を広げた様子を説明するためにレンティキュラレンズ出射側の光束を示す説明図である。横方向をｘ１軸（−ｘ軸）、深さ方向をｄ１軸（＝−ｄ軸）とする。ここでは、横方向の視域拡大について説明するため、縦方向光拡散用に用いられる第２レンティキュラレンズシート１２の記載を省略して説明する。
【００７８】
上述のように、横方向拡散用レンティキュラレンズシート５の１つのレンティキュラレンズ４２の光入射面上には５つの画素が投影される。各画素からの光線がレンティキュラレンズシート５を通り、レンティキュラレンズ焦点面１０２で一度、集光したのち発散する。第３斜入射によって出射される出射光の出射角を符号３１７で示し、第４斜入射によって出射される出射光の出射角を符号３１８で示す。第３斜入射による出射光の輝点３０８は座標（ｘ１，ｄ１）＝（１．００７ｍ，０．０ｍ〉に位置し、第４斜入射による出射光の輝点３０６は座標（ｘ１，ｄ１）＝（−１．００７ｍ，０．０ｍ）に位置する。
【００７９】
レンティキュラレンズーつを考えた場合、第３斜入射に関して視域角は１６．０９度、第４斜入射に関しても視域角は１６．０９度である。従って両方合わせた視域角は３２．１８度となる。上述の観察位置での視域は０．５７６９ｍとなる。
【００８０】
なお、上記図４に示した構成においては、ｘ１軸において観察位置中央±０．０３２５ｍの範囲で画面サイズ０．５１０ｍを観察できたが、この位置から少しでも離れると画像サイズは０．５１０ｍより小さくなる。これは新たに生成した輝点の視域が狭いことによる。
【００８１】
（第３実施形態）
【００８２】
そこで、第５斜入射投影光学系２０５、第６斜入射投影光学系２０６を用いることにより、第３の斜入射、第４の斜入射により新たに生成した輝点に対して視域の拡大を行った。以下、第５及び第６斜入射投影光学系を更に付加することにより、視域の拡大を行った実施形態について述べる。
【００８３】
図７は、第３実施形態に係る立体像再生装置の説明図である。本例では、上記第２実施形態に示した投影光学系２００，２０１，２０２に加えて、第５及び第６斜入射投影光学系２０５，２０６を追加した。これ以外の要素は第２実施形態のものと同一である。また、新たに追加した第５斜入射投影光学系２０５と第６斜入射投影光学系２０６に用いる液晶パネル、レンズ、マスクは、第１実施形態で用いたものと同一である。
【００８４】
本例においては、第５及び第６斜入射投影光学系２０５，２０６は、それぞれ第１及び第２斜入射投影光学系２０１，２０２の外側に配置されており、入射角の大きさはこれらのものよりも大きい。
【００８５】
レンズ４１２のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ５，Ｄ５）、レンズ４１５のレンズ中心を原点とした座標系（Ｘ６，Ｄ６）を図中に示す。なお、Ｘ５軸及びＸ６軸は各レンズ４１２，４１５の瞳を規定する直径に一致し、Ｄ５軸及びＤ６軸はそれぞれこれらに垂直である。
【００８６】
（第５斜入射投影光学系）
【００８７】
第５斜入射投影光学系２０５は、液晶パネル４１１、レンズ４１２、マスク４１３を光出射方向に沿って順番に配列してなる。本例では、第５斜入射投影光学系２０５から出射される光の光軸４２８によって規定される入射角４０９（以降、この角度をθ５とする）を−２６．８２度、第６斜入射投影光学系２０６から出射される光の光軸４２９によって規定される入射角４１０（以降、この角度をθ６とする）を２６．８２度とする。
【００８８】
マスク４１３の中心位置は、ｆ２とθ５より（ｘ、ｄ）＝（０．３８５２ｍ，０．７６２０ｍ）とした。マスク４１３の中心位置とレンティキュラレンズシート５の光入射面中心を通る光線４２７において、レンズ４の中心軸ｘとの交点４３１を通り、レンズ４の光軸に平行な軸を４２５とする。光線４２７と軸４２５とのなす角度４０７（以降、この角度をθ５’とする）は、ｆ２，θ５の値より−２６．５２度とした。
【００８９】
レンズ４１２の光軸は光線４２７に一致した配置を取り、レンズ４１２の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ５、θ５’より（ｘ、ｄ）＝（０．４０９１ｍ，０．８０９７ｍ）とする。液晶パネル４１１上の画像がレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像するように液晶パネル中心をレンズ４１２の光軸上（ｘ、ｄ）＝（０．４３４３ｍ，０．８６０４ｍ）に配置し、液晶パネル４１１をｙ軸を中心としてＸ５軸に対して反時計回りに−０．０３０８度傾けた。液晶パネル４１１の中心とレンズ４１２との距離４１９は０．０５６６ｍとした。なお、レンズ４１２から、その後側焦点距離４２０だけ離隔した位置にマスク４１３の中心が配置されており、マスク４１３はレンズ４の前側焦点位置に配置される。
【００９０】
（第６斜入射投影光学系）
【００９１】
第６斜入射投影光学系２０６は、液晶パネル４１４、レンズ４１５、マスク４１６を光出射方向に沿って順番に配列してなる。マスク４１６の中心位置は、ｆ２とθ６より（ｘ、ｄ）＝（−０．３８５２ｍ，０．７６２０ｍ）とした。マスク４１６の中心位置とレンティキュラレンズシート光入射面中心を通る光線４３０において、レンズ４の中心軸ｘとの交点４３２を通り、レンズ４の光軸に平行な軸を４２６とする。光線４３０と軸４２６とのなす角度４０８（以降、この角度をθ６’とする）は、ｆ２，θ６の値より２６．５２度とした。
【００９２】
レンズ４１５の光軸は光線４３０に一致した配置を取り、レンズ４１５の中心位置は、ｆ１、ｆ２、θ６、θ６’より（ｘ、ｄ）＝（−０．４０９１ｍ，０．８０９７ｍ）とする。液晶パネル４１４上の画像がレンティキュラレンズシート５面上に平行に結像するように液晶パネル中心をレンズ４１５の光軸上（ｘ、ｄ）＝（−０．４３４３ｍ，０．８６０４ｍ）に配置し、液晶パネル４１４をｙ軸を中心としてＸ６軸に対して反時計回りに０．０３０８度傾けた。液晶パネル４１４の中心とレンズ４１５との距離４２１は０．０５６６ｍとした。なお、レンズ４１５から、その後側焦点距離４２２だけ離隔した位置にマスク４１６の中心が配置されており、マスク４１６はレンズ４の前側焦点位置に配置される。
【００９３】
上記第３、第４、第５、第６斜入射投影光学系を更に用いることによって、レンティキュラレンズーつから出射される光を考えた場合、視域角は６７．９４度となり、観察位置の視域は１．３４７ｍとなる。
【００９４】
両端の１点を除いた画像サイズ０．５１０ｍ、輝点間隔０．００２ｍの立体画像を垂直入射、第１の斜入射、第２の斜入射により、ｘ１軸において観察位置中央±０．２１０９ｍの範囲で観察できる（図４参照）。
【００９５】
また、第３の斜入射、第４の斜入射、第５の斜入射、第６の斜入射によって新たに生成した輝点による両端の１点を除いた０．５１０ｍの立体画像をｘ１軸において観察位置中央±０，４１７５ｍの範囲で観察できる（図４参照）。分解能（輝点間隔）は０．００２ｍ未満である。
【００９６】
垂直入射１つと斜入射６つによって、画像サイズ０．５１０ｍ、０．００２ｍより短い輝点間隔の立体画像をｘ１軸において観察位置中央±０．２１０９ｍの範囲で観察できる。なお、前述の垂直入射の場合と同様に、レンティキュラレンズシート１２により、縦方向の視域を確保することができる。
【００９７】
レンティキュラレンズシート１２の大きさは横０．５１２ｍ、縦０．４１０ｍ、レンズピッチは０．００１２ｍ、レンズの個数は３４１個、焦点距離は０．００１５ｍとした。その結果、縦方向の視域角は、４３．６０度であり、１つのレンティキュラレンズから、観察位置で０．７９９９ｍの視域があり、観察位置中央から縦方向±０．２０ｍの範囲で全体を観察できる。液晶パネルに表示した合成画像の横方向は、前述の第１実施形態と同様である。
【００９８】
縦方向では１つのレンティキュラレンズに３画素を挿入したため、液晶パネルの縦方向の３画素分を各視域画像の縦方向の１画素分とした。
【００９９】
以上、説明したように、上記立体像再生装置は、投射型立体表示装置において、概略平行光束で投影する投影手段２０１〜２０６，４を複数備え、複数の投影手段２０１〜２０６，４からの光束（画像）が、レンティキュラレンズシート５上でそれぞれ異なったレンティキュラレンズシート面垂直に対する入射角度θ１〜θ６を持ち、かつ重なることを特徴とし、第１レンティキュラレンズシート５の光束の拡散方向と垂直な拡散方向を有する第２レンティキュラレンズシート１２を第１レンティキュラレンズシート５の直後に追加したものである。
【０１００】
複数の投影手段２０１〜２０６，４は、第１レンティキュラレンズシート５上に略平行光束として、それぞれの画像を投影する光学系からなる。投影された概略平行光束は、レンティキュラレンズシート５の各レンズの後側焦点面上の集光点に一度集光し、その後、発散光となる。集光点からの発散領域は、概略平行光束の幅とレンティキュラレンズ５の各レンズのＦナンバーで決定され、発散方向は、これへの入射角とレンティキュラレンズシート５内の概略平行光束位置によって決定される。したがって、概略平行光束の入射位置が同じであっても、入射角度が異なれば発散方向が異なる（投影像を重ね合せても発散方向が異なる）ため、視域に重複が発生しない。例えば、投影像の入射角と、重ね合せる投影像の入射角間の角度を前記視域角と等しくすれば、立体映像の視域を拡大することができる。
【０１０１】
また、前記集光点の位置は、概略平行光束の入射角とレンティキュラレンズシート５の各レンズの焦点距離によって決定されるため、新たに追加した投影像の入射角度を変えることにより、レンティキュラレンズシート５のレンズ間隔で並んでいた集光点位置の間に新たに集光点が生じ、この集光点が観察者にとって立体映像の輝点と観察され、この立体映像の横分解能をレンティキュラレンズ間隔より向上させることができる。
【０１０２】
なお、集光位置によりも後側で光が一方向に沿って拡散するものであれば、上記レンティキュラレンズの代わりに、凹面鏡或いは凹レンズを用いることができる。
【０１０３】
以上、説明したように、上記では、複数の投影画像をレンティキュラレンズシート面（光入射側平坦面）垂直に対する入射角を変え、レンティキュラレンズシート前側焦点面近辺に概略平行光として重ね、小さいレンティキュラレンズ前側焦点面近辺に多くの画素を並列に配置する困難さを無くすことからと、レンティキュラレンズを変えることなく、レンティキュラレンズシート面垂直に対する入射角を変えた複数の投影手段によって視域を拡大し、小さいＦナンバーのレンズを製作する困難さを無くすことから、立体映像の視域を容易に拡大できる。また、レンティキュラレンズシート面垂直に対する入射角を変えた複数の投影画像を重ね、観察者にとって輝点となるレンティキュラレンズ後側焦点面の集光点を追加することから、横分解能をレンティキュラレンズピッチに依存せずに細かくすることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１２，５…レンティキュラレンズシート、２０１〜２０６…投影光学系。
【図１】
2011013679.tif 000003
【図２】
2011013679.tif 000004
【図３】
2011013679.tif 000005
【図４】
2011013679.tif 000006
【図５】
2011013679.tif 000007
【図６】
2011013679.tif 000008
【図７】
2011013679.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月19日(2010.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影された画像を横方向に沿って拡散するレンティキュラレンズシートと、
前記横方向に沿って配置された複数の画像表示装置からそれぞれ出力される複数の画像をそれぞれ異なる入射角度で前記レンティキュラレンズシート上に投影して重ね合わせる複数の投影手段と、
を備え、前記レンティキュラレンズシートの１つのレンティキュラレンズから出射する画素毎の光束は、横方向に分布している、
ことを特徴とする立体像再生装置。
【請求項２】
前記投影手段により、前記レンティキュラレンズシートに対して、垂直入射、第１斜入射、及び第２斜入射した画像の出射光の視域は、前記レンティキュラレンズシートの焦点面から光出射方向に沿って離隔した出射像の観察平面において、重複せずに連続的に隣接することを特徴とする請求項１に記載の立体像再生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の立体像再生装置は、投影された画像を横方向に沿って拡散するレンティキュラレンズシートと、前記横方向に沿って配置された複数の画像表示装置からそれぞれ出力される複数の画像をそれぞれ異なる入射角度で前記レンティキュラレンズシート上に投影して重ね合わせる複数の投影手段と、を備え、前記レンティキュラレンズシートの１つのレンティキュラレンズから出射する画素毎の光束は、横方向に分布している、ことを特徴とする。
また、前記投影手段により、前記レンティキュラレンズシートに対して、垂直入射、第１斜入射、及び第２斜入射した画像の出射光の視域は、前記レンティキュラレンズシートの焦点面から光出射方向に沿って離隔した出射像の観察平面において、重複せずに連続的に隣接することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本装置においては、立体映像の横方向視域を拡大することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】