(57)【要約】【目的】従来の立体ディスプレイで生じる両眼輻輳角と目の焦点調節の矛盾を低減するために空間像を利用する立体表示方式において、色収差による画質低下のないカラー立体画像を表示する方法および装置を提供することを目的とする。【構成】画像表示面と画像表示面の実像を空間中に結像させる凸レンズ光学系と右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとを備え、それぞれの視点に入射する画像について、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む赤色光の光路が画像表示面と交差する点に画素の赤色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む緑色光の光路が画像表示面と交差する点に画素の緑色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む青色光の光路が画像表示面と交差する点に画素の青色成分が描画される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示面と画像表示面の実像を空間中に結像させる凸レンズ光学系と一人または複数人の右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとを備え、それぞれの視点に入射する画像について、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む赤色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の赤色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む緑色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の緑色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む青色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の青色成分が描画される構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、フィルタにより分離可能な複数の画像を重ねて表示する画像表示面と、重ねて表示された画像を分離するフィルタとを組み合わせる構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、複数の画像を異なる場所に並べて表示する画像表示面と、それらの画像の光路を折り曲げる反射光学系とを組み合わせる構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、画像表示面と画像の光路を選択的に遮るパララックスバリアを組み合わせる構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、画像表示面と画像の光路を折り曲げる屈折光学系とを組み合わせる構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか２つ以上の方法を組み合わせる構成を備えることを特徴とするカラー立体画像を表示する方法および装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー立体画像を表示する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の最も典型的な立体画像表示装置は、右目と左目に異なる画像を提示させるための構造のみを持つ。この構造をもつ立体ディスプレイにおいては、観察者の手元に映像を提示するとき、目の焦点調節と右目用の画像と左目用の画像の持つ視差に基づく目の輻輳角との間に生じる矛盾が大きくなり、目に与える違和感や疲労などの負担が大きい。この負担を軽減する従来の技術として、特開平１２−０２３２０４号公報において、レンズを利用して観察者の手元に空間像（光学的実像）を生成し、観察者の目に生じる焦点調節と輻輳角の矛盾を小さく抑える手法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、カラー画像を提示する場合、レンズによる光学的実像に色収差が生じることになるため、特に装置全体を小型化するために短い焦点距離のレンズを用いた場合、色ずれの無い高画質の立体映像を提示することはできないという課題があった。
【０００４】
本発明は、目に生じる焦点調節と輻輳角の矛盾を小さく抑えつつ、色収差による画質の低下の問題を解決することのできる、カラー立体画像を表示する方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、画像表示面と画像表示面の実像を空間中に結像させる凸レンズ光学系と一人または複数人の右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとを備え、それぞれの視点に入射する画像について、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む赤色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の赤色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む緑色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の緑色成分が描画され、提示する三次元空間上の画素の位置と視点位置とを結ぶ線分を含む青色光の光路が画像表示面と概ね交差する点に画素の青色成分が描画される構成を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、フィルタにより分離可能な複数の画像を重ねて表示する画像表示面と、重ねて表示された画像を分離するフィルタとを組み合わせる構成を備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、複数の画像を異なる場所に並べて表示する画像表示面と、それらの画像の光路を折り曲げる反射光学系とを組み合わせる構成を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、画像表示面と画像の光路を選択的に遮るパララックスバリアを組み合わせる構成を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１の装置において、画像表示面と画像の光路を折り曲げる屈折光学系とを組み合わせることによって視差提示を行う構成を備えることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１の装置において、右目方向と左目方向に異なる画像を分配する仕組みとして、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか２つ以上の方法を組み合わせる構成を備えることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概要を図１を用いて説明する。図１は、画像表示面１と空間像を生成する凸レンズ光学系２と、両眼視差の提示を可能にする光学選択装置７からなる。レンズ２により画像表示面１の実像６が観察者３に観測される。画像表示面で描画する画像は、観察者３の目の位置４，５と描画すべき三次元空間上の点（図中のａ，ｂ）とを結ぶ線分を含む光路が画像表示面と交わる点に描画する。光路が画像表示面と交わる点は、レンズの屈折率の違いにより光の波長によって異なる。よって、画像表示面上の異なる点に赤色（Ｒ）成分、緑色（Ｇ）成分、青色（Ｂ）成分を描画する。具体的には８のＢ，Ｇ，Ｒ点に左目５に観測される点ｂに対応する青、緑、赤の輝度値、９のＢ，Ｇ，Ｒ点に右目４に観測される点ｂに対応する青、緑、赤の輝度値、１０のＲ，Ｇ，Ｂ点に左目５に観測される点ａに対応する赤、緑、青の輝度値、１１のＲ，Ｇ，Ｂ点に右目４に観測される点ａに対応する赤、緑、青の輝度値をそれぞれ描画する。また、光学選択装置７により、右目用の描画点は右目に、左目用の描画点は左目にのみ入射するようにする。光学選択装置７の具体的内容については以下の実施例にて説明する。
【００１２】
以下に本発明の第一の実施形態を図２を用いて説明する。この実施形態においては、視差の提示のために、画像表示面１とレンズ２の間に可動フィルタ１２を設けている。画像表示面１には光学的に分離可能な２つの画像を重ねて表示する。この光学系においては右目４に入射する光と左目５に入射する光が画像表示面とレンズの間で異なる別の領域に一度集光するので、その場所に可動フィルタを移動させ、それぞれの目に相異なる一種類の画像のみが入射するようにする。それぞれの目に入射する光が集光する位置は目の位置によって異なるので、三次元位置センサ１４により両眼の三次元位置を計測し、その計測結果をもとに光の集光位置と光路と画像表示面の交差点を計算機１３を使って計算し、フィルタ１２の位置制御と画像表示面１に描画すべき画像の出力を行う。ここで、２種類の画像光とそれを選択的に透過するフィルタの組み合わせとしては、偏光と偏光フィルタの組み合わせ、或いは１２０Ｈｚ以上で高速に切り替わる画像とそれに同期して光の透過、非透過を制御できる液晶シャッターの組み合わせが選択可能である。また、液晶シャッターとして、短冊状またはドットマトリックス状の構成要素からなり、それぞれが独立に制御可能なものを用いることにより、固定式のフィルタで可動フィルタ１２と同じ効果をもたらすことが可能となる。
【００１３】
以下に本発明の第二の実施形態を図３を用いて説明する。この実施形態においては、画像表示面には光学的に分離可能な複数の画像を重ねて表示し、画像表示面１とレンズ２の間にはこれら複数の画像の中から一種類の画像のみを透過する複数種類のフィルタ１２を順に配列する。この方法ではフィルタを移動させる必要は無い。ここで、複数種類の画像光とそれを選択的に透過するフィルタの組み合わせとしては、狭帯域の波長光と狭帯域光フィルタの利用が選択可能である。
【００１４】
以下に本発明の第三の実施形態を図４を用いて説明する。この実施形態においては、視差提示のために、画像表示面１とレンズ２の間に可動式の組み合わされたミラー１５を設けている。画像表示面では視差を含む右目用の画像と左目用画像を並べて表示する。これにより、光学的に第一の実施例と全く同一の系を構築することができる。この実施例においては第一の実施例に比して、フィルタを通さないため光のロスがなく輝度の高い画像を表示できるという利点とフィルタの不完全な画像分離により生じるクロストークノイズが発生しないという利点がある。但し、同じ大きさの画像を提示するには画像表示面の大きさが２倍必要である。
【００１５】
以下に本発明の第四の実施形態を図５を用いて説明する。この実施形態においては、第三の実施形態で用いた可動ミラーの代わりに、デジタルマイクロミラーデバイス１６とフレネルミラー１７を用いる。デジタルマイクロイラーデバイスでは、右目に入射する光が集まる場所と左目に入射する光が集まる場所で相異なる方向に光を反射させるようにする。これにより、ミラーの物理的な移動を必要とせず、全ての系を電子的に制御することが可能となり、観察者の視点位置が移動した時も適切な視差提示を迅速に行うことができる。
【００１６】
以下に本発明の第五の実施形態を図６を用いて説明する。この実施形態においては、視差提示のために画像表示面１の手前にパララックスバリア１８を設ける。パララックスバリア１８を設けることにより、画像表示面上で右目で観測される部分と左目で観測される部分が分離されるので、対応する部分にそれぞれ右目用の画像と左目用の画像を描画することで観察者に視差を提示することが可能になる。この方法では、第一の実施形態と第三の実施形態のようにフィルタを移動する必要が無い。
【００１７】
以下に本発明の第六の実施形態を図７を用いて説明する。この実施形態においては、視差提示のために画像表示面１の手前にレンチキュラレンズ１９を設ける。この実施例においても、画像表示面上で右目で観測される部分と左目で観測される部分が分離されるので、対応する部分にそれぞれ右目用の画像と左目用の画像を描画することで観察者に視差を提示することが可能になる。この実施方法では、観察者は第五の実施例より明るい画像を観察することができる。ここで、レンチキュラレンズの代わりにフライアイレンズ（またはレンズの向きが交差するように重ねられたレンチキュラレンズ２枚）を設置すると、左右だけでなく上下の視差も再現することができる。また、画像表示面における描画の解像度を十分細かく取ることによって、複数の視点から同時に正確な立体像を観測することも可能になる。
【００１８】
以下に本発明の第七の実施形態を図８を用いて説明する。この実施形態においては、２つの画像表示面の手前にパララックスバリアとレンチキュラレンズの混合体２０が配置され、それらがハーフミラー２１によって合成された後、レンズ２によって実像が生成される構成になっている。この構成では、複数の画像表示面を使うことにより、１枚の画像表示面による構成では不可能な解像度の高い画像を提示することができる。
【００１９】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００２０】
請求項１に記載の発明では、目に生じる焦点調節と輻輳角の矛盾を小さく抑えつつ、色収差による画質の低下の問題を解決することのできるカラー立体画像の表示が可能になった。
【００２１】
請求項２に記載の発明では、観察者に特殊な眼鏡を装着させること無く視差画像を提示することが可能になった。
【００２２】
請求項３に記載の発明では、観察者に特殊な眼鏡を装着させること無く、輝度が高くクロストークノイズのない視差画像を提示することが可能になった。
【００２３】
請求項４に記載の発明では、観察者に特殊な眼鏡を装着させること無く、また、モーターなどの移動装置を使うことなく、視差画像を提示することが可能になった。
【００２４】
請求項５に記載の発明では、複数人の観察者に対し、観察者に特殊な眼鏡を装着させること無く、輝度の高い視差画像を提示することが可能になった。
【００２５】
請求項６に記載の発明では、複数人の観察者に対し、観察者に特殊な眼鏡を装着させること無く、解像度の高い視差画像を提示することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を示す模式図である。
【図２】本発明の第一の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の第二の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の第三の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の第四の実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明の第五の実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明の第六の実施形態を示す模式図である。
【図８】本発明の第七の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１　画像表示面
２　フレネルレンズ
３　観察者
４　右目
５　左目
６　実像
７　光路選択装置
８　左目で観測されるｂ点を描画する場所
９　右目で観測されるｂ点を描画する場所
１０　左目で観測されるａ点を描画する場所
１１　右目で観測されるａ点を描画する場所
１２　フィルタ
１３　計算機
１４　三次元位置センサ
１５　可動式ミラー
１６　デジタルマイクロミラーデバイス
１７　フレネルミラー
１８　パララックスバリア
１９　レンチキュラレンズまたはフライアイレンズ
２０　パララックスバリアとレンチキュラレンズの混合体
２１　ハーフミラー
【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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【図７】
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【図８】
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