(57)【要約】【課題】上下左右から立体画像を鑑賞できるインテグラルイメージング方式に用いるマイクロレンズアレイは、製造方法に由来する、特性バラツキと価格が高いという問題がある。【解決手段】互いに異なる視点の複数の原画像を合成した合成画像と、前記合成画像上に配置された第１のレンティキュラレンズと、前記第１のレンティキュラレンズ上に配置された第２のレンティキュラレンズとを有し、前記第２のレンティキュラレンズの焦点距離は、前記第１のレンティキュラレンズの焦点距離よりも長く、前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向と、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向とが異なる立体画像表示装置である。【選択図】図１
2008015395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる視点の複数の原画像を合成した合成画像と、
前記合成画像上に配置された第１のレンティキュラレンズと、
前記第１のレンティキュラレンズ上に配置された第２のレンティキュラレンズと、
を有し、
前記第２のレンティキュラレンズの焦点距離は、前記第１のレンティキュラレンズの焦点距離よりも長く、
前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向と、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向とが異なる立体画像表示装置。
【請求項２】
前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向と、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向とのなす角度が９０度である請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズのピッチと、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズのピッチとが異なる請求項１に記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差を利用した立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体情報を正確に人に認識させることができれば、臨場感や認識精度が向上する。図８に示すように、人は、比較的に近い場所にある物体の立体感を、右目と左目で見える画像の違いにより認識している。この右目と左目で見える画像の違いは立体視差と呼ばれ、従来からこの特性を利用し、右目と左目に２つの視点の異なる画像（立体視差のある画像）を投影することにより、人に立体的な認識を与えられることが知られていた。
【０００３】
しかしながら、立体画像を普及させるためには、鑑賞する際に不便であったり、疲労があったりしてはならない。したがって、メガネなどの特殊な器具を用いる方法は、特殊用途を除いて採用が難しい。これらの器具を用いずに立体画像を得るためには、右目と左目で異なる画像が見えるように工夫する必要がある。
【０００４】
図９は、本発明における画像と観察者の位置関係を説明するものである。７００は立体画像の表示手段であり、ＹＺ平面上にあるとする。観察者は、Ｘ軸方向に離れた鑑賞位置７０１から立体画像表示手段７００を見るとする。観察者の右目の位置は７０１ａであり、左目の位置は７０１ｂであり、ＸＹ平面上にあるとする。右目と左目の位置では画像を見る角度（視線角度）が異なるため、この視線角度に応じて異なる画像を表示することができれば、立体画像を表示することができる。
【０００５】
図１０は、パララックスバリア方式による視線角度によって異なる画像を表示する方法である。左右の目の配置方向（図のＹ軸と平行な方向）と垂直方向（図のＺ軸と平行な方向）に細いスリット上のバリア８００を設けると、その隙間を通る角度の画像のみが見えるようになる。そこで、左目から見える部分（図中のＬ）に左目で見た画像を分割して配置し、右目から見える部分（図中のＲ）に右目で見た画像を分割して配置すると、左右の目に立体視差のある画像を見せることができる。この方法は、バリアにより画像が暗くなる問題があったが、円筒状のレンズをＺ軸と平行に並べたレンティキュラレンズ９００を用いる方法（図１１）により改善されている。このレンティキュラ方式も、視線角度によって異なる画像が見えるようにして立体画像を形成する。これらの方法は、画像を鑑賞する位置（頭と画像の位置関係）が制限されるということが課題であったが、図１１に示すように水平方向（Ｙ軸方向）に多数の視点における画像を配置し、多数の視線角度に対応させることにより、この制限を緩和することができる。
【０００６】
この多数の視点における画像を用いる方法は、立体画像に対して鑑賞位置が横（図のＹ軸方向）に動く場合には対応ができるが、鑑賞位置に対して立体画像が回転（Ｘ軸に対する回転）する場合は立体画像が形成されない。
【０００７】
このような画像に対して、鑑賞位置が回転した場合でも立体画像が鑑賞できる方法として、インテグラルイメージング方式がある。これは、図１２に示すような微小なレンズ（マイクロレンズ）１０００を縦横に並べたマイクロレンズアレイを用いるものである。円筒状レンズではなく、軸対象レンズを用いる為、全ての方向の視線角度に応じて、異なる画像が見えるようにできる。その為、視線が回転した場合でも立体画像を形成することができる。このように、インテグラルイメージング方式は、立体画像と鑑賞位置の関係の制約を改善でき、立体画像の普及に大きく貢献する方法である。しかしながら、インテグラルイメージング方式に用いる微小レンズが並んだマイクロレンズアレイは、その作製方法の特性によって、レンティキュラレンズに比べて均一で面積を大きくするのが困難である。マイクロレンズアレイの作製方法としては、金型を用いて成型する方法と、インクジェット装置などにより樹脂を吐出し、マイクロレンズを形成していく方法がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２７９８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１３に金型を用いたマイクロレンズアレイの作製方法を示す。まず、作製したいマイクロレンズの形状を転写した金属の金型１１００を作製する。そして、その金型１１００に透明樹脂１１０１を充填し成型する。金型から樹脂を取り出すとマイクロレンズアレイ１１０２を得ることができる。このように、必要なマイクロレンズアレイに対応するサイズや特性の金型が必要である。この金型を作るためには、マイクロレンズの一つ一つに対応するくぼみを、バイトや放電加工などで、一個ずつ加工して行く必要がある。このように加工工数が多い為、加工に膨大な時間が必要であり、加工中にバイトが磨耗したり、加工機の移動を繰り返して加工したりする為、ばらつきが生じやすい。したがって、均一な特性のマイクロレンズを配置することが難しく、非常に高価な金型となる。
【０００９】
また、インクジェット装置でマイクロレンズを形成する方法は、高価な金型は不要であるが、マイクロレンズの１個ずつを、それぞれ液体を吐出しながら形成していくため、マイクロレンズの形状が安定しにくい。そのため、マイクロレンズアレイの特性が不均一になりやすい。このように、マイクロレンズアレイが不均一であると、視線角度によって見えるべき画像の精度が悪化し、精細な立体画像が形成できないという問題がある。
【００１０】
一方、レンティキュラレンズも、金型を用いて成型されるが、マイクロレンズアレイとは異なり、バイトを押し当てて、１方向に動かすことで、一つの円筒状レンズに対応する転写形状を作製することができる。加工工数が少なくなる為、マイクロレンズアレイの金型に比べ加工に必要な時間も少なくバラツキが少なくなる。したがって、均一な特性で安価に作製することができる。
【００１１】
本発明は、マイクロレンズアレイを用いずに、安価で、大面積、均一な特性が得られるレンティキュラレンズを用いて、視線と立体画像が回転をした場合でも立体画像を得る立体画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為に、本発明の立体画像表示装置は、互いに異なる視点の複数の原画像を合成した合成画像と、前記合成画像上に配置された第１のレンティキュラレンズと、前記第１のレンティキュラレンズ上に配置された第２のレンティキュラレンズとを有し、前記第２のレンティキュラレンズの焦点距離は、前記第１のレンティキュラレンズの焦点距離よりも長く、前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向と、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向とが異なる立体画像表示装置である。
【００１３】
このような構成とすることで、均一な特性で安価なレンティキュラレンズを用いることができる。また、立体画像表示装置に対する鑑賞位置が回転した場合においても、立体画像を表示することができる。なお、立体画像表示装置に対する鑑賞位置の回転角度と、２つのレンティキュラレンズを構成する各半円筒状のレンズの長手方向のなす角度とは一致する必要はない。立体画像表示装置に対する任意の回転角度の鑑賞位置に対応して、第１と第２のレンティキュラレンズを通して見える画像が変化する為、適切な合成画像を準備することにより、任意の回転角度で立体画像を鑑賞できるようになる。また、第２のレンティキュラレンズの焦点距離を第１のレンティキュラレンズの焦点距離よりも長くすることにより、第１のレンティキュラレンズと第２のレンティキュラレンズの焦点位置を合わせ、鮮明な立体画像を得ることができるようになる。
【００１４】
さらに、前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向と、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズの長手方向とのなす角度は９０度であることが好ましい。このような構成にすることにより、各視線角度によって投影する原画像を、長方形又は正方形にすることができ、異なる視点の原画像の合成が容易となる。
【００１５】
さらに、前記第１のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズのピッチと、前記第２のレンティキュラレンズを構成する半円筒状レンズのピッチとが異なることが好ましい。このように、レンティキュラレンズ構成する半円筒状レンズのピッチを異ならせることにより、焦点距離の異なるレンズによって生じる画角の違いを補正することができる。また、ピッチが同じで、焦点距離の異なるレンティキュラレンズを作製するためには、レンズの曲率を変える必要があるが、焦点距離によっては、レンズ形状の作製が困難になる。ピッチを変えることにより、加工が容易なレンズ形状を選択することが可能となる。これにより、いずれの方向から見ても、鮮明な立体画像を表示する立体画像表示装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、均一で安価なレンティキュラレンズを用いて、いずれの方向から見ても、ゆがみの少ない大面積の立体画像を表示する立体画像表示装置を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態の構成を図１に示す。１００は、異なる視点からの原画像を合成した合成画像であり、１０１は第１のレンティキュラレンズ、１０２は第２のレンティキュラレンズである。第１のレンティキュラレンズ１０１は、合成画像１００に焦点が合うように各レンズの曲率を設定し、第２のレンティキュラレンズ１０２は、第１のレンティキュラレンズ１０１を通して合成画像１００に焦点が合うように、各レンズの曲率を設定した。このように焦点距離を変えることで、レンティキュラレンズを積層しても、鮮明な画像を得ることができる。図１では、各部品は個別に記載されているが、実際には、合成画像と積層したレンティキュラレンズとは密着している。なお、各層の間に透明な樹脂や接着剤を充填しても、その材料の屈折率に合わせて、レンティキュラレンズの焦点距離を設計すれば、同様の効果が得られる。
【００１８】
次に、異なる視点の画像を合成する方法について説明する。図２は、レンズにおける焦点距離と入射角度と結像位置の関係を示したものである。θは入射角度であり、この視線角度から見た場合、結像位置Ａの画像が見えるようになる。この結像位置は焦点距離ｆと入射角度θによって決まり、中央から、ｆ×ｔａｎθ離れた位置となる。焦点距離が異なると同じ視線角度から見ても、見える画像が異なる。すなわち、本発明の構成では、第１のレンティキュラレンズと第２のレンティキュラレンズの焦点距離が異なるため、異なる視点の画像を合成する際にレンティキュラレンズの焦点距離に合わせて、合成する必要がある。
【００１９】
図３、図４に立体とその立体を観察する異なる視点の位置関係を示す。３００は、鑑賞対象の立体であり、３０１は、その立体を観察する視点が配置されている平面である。ここで説明は、簡単のために平面で示したが、曲面上に観察する視点を配置してもよい。図４は、３０１上の観察する視点の配置をＸ軸の正方向から原点を見る向きを示したものである。Ｐ（１、１）〜Ｐ（ｍ、ｎ）は立体を観察する視点の位置を示しており、ｍ×ｎ個の異なる視点から立体３００を観察する。ｄ１は、図のＹ軸方向の視点の間隔、ｄ２は図のＺ軸方向の視点の間隔である。立体３００と観察する視点が配置されている平面３０１の距離Ｌとが十分に離れているとする。Ｙ軸方向に視点が一つ移動すると、視点角度はｄ１／Ｌ、Ｚ軸方向に視点が一つ移動すると、視点角度はｄ２／Ｌ変化する。このとき、第１のレンティキュラレンズは、焦点距離がｆ１で、Ｚ軸方向に平行に並べられているとすると、結像位置は、ｆ１×ｔａｎ（ｄ１／Ｌ）移動する。第２のレンティキュラレンズは、焦点距離がｆ２で、Ｙ軸方向に平行に並べられているとすると、結像位置は、ｆ２×ｔａｎ（ｄ２／Ｌ）移動する。各視点の位置から立体を観察した画像は、実際にカメラなどを配置して、撮影することができる。また、立体の数値モデル構築し、各視点から見た原画像を計算によって求めることも可能である。このようにして作製した各視点位置から立体を観察した原画像をレンティキュラレンズのピッチと視点数に合わせて分割し、結像位置に配置するように、合成を行う。第１のレンティキュラレンズは、ピッチ１／αインチで、Ｙ軸方向に並べられており、第２のレンティキュラレンズは、ピッチ１／βインチで、Ｚ軸方向に並べたものとすると、１／αインチ×１／βインチの中に、ｍ×ｎ視点分の画像の一部を合成したものを並べることになる。図５は、１／αインチ×１／βインチの合成画像の一部である。図中のQ（１、１）〜Q（ｍ、ｎ）は、視点Ｐ（１、１）〜Ｐ（ｍ、ｎ）から観察した画像の一部である。レンズを通して結像するため、各視点の配置と上下左右を逆に配置し、各画像も上下左右を逆に配置する必要がある。
【００２０】
以下に具体的に行った実施例を示す。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
本実施例は、第１のレンティキュラレンズとして、円筒状レンズがＺ軸と平行に配置されたピッチが１／２０インチ、焦点距離２ｍｍのアクリル製のレンティキュラレンズを用いた。また、第２のレンティキュラレンズとしては、円筒状レンズがＹ軸と平行にピッチが１／２０インチで焦点距離が、４ｍｍのアクリル製のレンティキュラレンズを用いた。このとき、第２のレンティキュラレンズの厚さを調整し、第１のレンティキュラレンズと焦点位置が一致するようにした。ＣＣＤカメラを３０ｍｍ間隔で縦（Ｚ軸方向）８個、横（Ｙ軸方向）１６個並べることにより、８視点×１６視点の位置から観察した画像を取り込み、合成した。図６に合成した画像の一部を示す。図は、縦と横のレンティキュラレンズの一つ分に対応し、それぞれの四角が、一つの視点から切り出した画像の一部である。カメラの間隔と等間隔で撮影したが、第１のレンティキュラレンズと第２のレンティキュラレンズの焦点距離が異なるので、画像の配置を変化させた。この２次元画像をインクジェットプリンターで印刷した。その上に、第１レンティキュラレンズと第２のレンティキュラレンズが直角になるように配置し、立体画像表示装置の作製を行った。
【００２２】
このようにして、作製した立体画像表示装置は、鑑賞位置が立体画像表示装置に対して任意の角度で回転した場合においても、常に立体画像として鑑賞することができた。
【００２３】
なお、本実施例では、６４個のＣＣＤカメラを用いて、各視点からみた画像を作成し、８視点×１６視点の画像として用いたが、この方法に限る必要は無く、各画像の間を補完して合成したり、縦と横のカメラの数を変えて合成したりしても同様の効果が得られる。また、レンティキュラレンズとしてはアクリル樹脂を用いたが、この限りではなく、透明な材質であれば、用いることができる。
【００２４】
（実施例２）
本実施例は、第１のレンティキュラレンズとしてＹ軸と平行に円筒状レンズを配置し、ピッチが１／２０インチで、焦点距離が２ｍｍのアクリル製のレンティキュラレンズを用いた。また、第２のレンティキュラレンズとしては、Ｚ軸と平行に円筒状レンズが配置され、ピッチが１／１０インチ、焦点距離が４ｍｍのアクリル製のレンティキュラレンズを用いた。コンピューター上で３次元モデルを作製し、視点変換することで、縦（Ｚ軸方向）１０視点（２４ｍｍピッチ）×横（Ｙ軸方向）２０視点（１２ｍｍピッチ）の原画像を作り出した。それを分割して並べて、合成画像を作成した。図７に合成した画像の一部を示す。図は、縦と横のレンティキュラレンズの一つ分に対応し、それぞれの四角が、一つの視点から切り出した画像の一部である。縦と横の視点の移動量を変化させ、一つの視点から切り出す画像の形が正方形になるようにした。横方向の画像を取り出す第２のレンティキュラレンズの焦点距離が、第１のレンティキュラレンズの焦点距離に比べて２倍であるので、立体画像を鑑賞できる角度間隔は縦と横とで同じとなる。作成した合成画像をインクジェットプリンターにより印刷し、その上に、第１レンティキュラレンズと第２のレンティキュラレンズとが直角になるように配置し、立体画像表示装置の作製を行った。
【００２５】
本実施例で示したように、第１と第２のレンティキュラシートを構成する半円筒状レンズのピッチを変えることで、立体画像を鑑賞できる角度間隔を縦と横とで同じにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の立体画像表示装置は、広告や娯楽、医療、遠隔操作など、立体画像を利用して、人に情報を提供する表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の立体画像表示装置の構成図
【図２】レンズの焦点距離と結像位置の説明図
【図３】立体とその立体を観察する異なる視点との位置関係の説明図
【図４】立体とその立体を観察する異なる視点との位置関係の説明図
【図５】合成画像を説明する説明図
【図６】実施例１の合成画像を説明する説明図
【図７】実施例２の合成画像を説明する説明図
【図８】立体視差の説明図
【図９】本発明の立体画像表示装置と鑑賞位置との関係を説明する説明図
【図１０】パララックスバリア方式の説明図
【図１１】レンティキュラ方式の説明図
【図１２】マイクロレンズアレイの説明図
【図１３】マイクロレンズアレイの作製方法を説明する説明図
【符号の説明】
【００２８】
１００    異なる視点の原画像を合成した合成画像
１０１    第１のレンティキュラレンズ
１０２    第２のレンティキュラレンズ
【図１】
2008015395.tif 000003
【図２】
2008015395.tif 000004
【図３】
2008015395.tif 000005
【図４】
2008015395.tif 000006
【図５】
2008015395.tif 000007
【図６】
2008015395.tif 000008
【図７】
2008015395.tif 000009
【図８】
2008015395.tif 000010
【図９】
2008015395.tif 000011
【図１０】
2008015395.tif 000012
【図１１】
2008015395.tif 000013
【図１２】
2008015395.tif 000014
【図１３】
2008015395.tif 000015