(57)【要約】【課題】  構成が簡単で且つ解像度に優れた３次元画像表示装置を提供する。【解決手段】  少なくとも２次元画像に対応する光を出射する光源部１と、この光源部１からの光を２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向する光線偏向部２とを有し、光線偏向部２での偏向方向Ｌ１〜Ｌｎに同期して、光源部１における２次元画像の１画素毎の光に、３次元画像に対応する強度変調を行う。【選択図】図１
2005115177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２次元画像に対応する光を出射する光源部と、上記光源部からの光を上記２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向する光線偏向部とを有し、
上記光線偏向部での偏向方向に同期して、上記光源部における２次元画像の１画素毎の光に、３次元画像に対応する強度変調が行われる
ことを特徴とする３次元画像表示装置。
【請求項２】
上記光源部において２次元画像を表示する光がレーザ光とされる
ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
【請求項３】
上記光源部における２次元画像を表示する光は、１次元型の光変調素子によって光変調された後走査照射されて上記光線偏向部に入射される
ことを特徴とする請求項２記載の３次元画像表示装置。
【請求項４】
上記光変調素子は、回折格子を構成する複数のマイクロリボンが設けられ、上記マイクロリボンの相対的移動により回折状態が変調されて強度変調される
ことを特徴とする請求項３記載の３次元画像表示装置。
【請求項５】
２次元画像を表示する光を、光線偏向部において１画素毎に複数の出射方向に偏向すると共に、
上記２次元画像を表示する光に対し、上記光線偏向部入射前に、上記光線偏向部での偏向方向に同期して、３次元画像に対応する強度変調を行う
ことを特徴とする３次元画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像を表示する３次元画像表示装置及び３次元画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の立体像記録再生技術としては、光のコヒーレンスを用いたホログラフィと、コヒーレンスを用いず複数の画像を用いる方法がある。後者は、右眼用、左眼用の平面像を記録し、再生時に右眼用は右目で、左眼用は左目で見えるように工夫した２眼式のステレオスコープタイプと、多視点からの画像を用いた多眼式のタイプに大別できる。
【０００３】
２眼式のステレオスコープタイプの代表例には偏光眼鏡を用いる立体映画や、レンチキュラーやパララックスバリアを用いた立体テレビなどがあるが、これらは立体的に見えるものの立体像を完全に再現してはいないので、見る位置を変えても映像は変わらず、裏側が見えてくると言うわけにはいかないので擬似的立体像再生と言える。さらに、多眼式にした場合には、視点数の増加とともに解像度が悪くなるという問題点もある。
【０００４】
理想的とも言える３次元立体像記録再生法であるホログラフィでは、立体画像情報を記録するために物体から光の波面情報を用いている。波面情報は、別においた参照光と物体からの散乱光とを干渉させその干渉縞を記録するようにしている。
【０００５】
このため、光学系および記録媒体には光波長に近いピッチの空間分解能が必要とされ、特に記録媒体には膨大な記録容量が必要とされ、例えば動画の立体画像記録は実用的でない。
【０００６】
またこのホログラム記録には、少なくともレーザのようなコヒーレント光源が必要である。また、干渉縞は波長に依存するので、そのままではカラーの画像は取り扱えず、カラー記録のためには３原色の３つのレーザが必要とな、各色レーザ光源を構成する複雑な構成を実現する工夫が必要である（特許文献１参照。）
【０００７】
そこで、ホログラムの動作原理と同様に、光の変調・偏向のできる複数の光源を用いて、画像内の点すなわち画素から出射される光の強さを、出射角に応じて制御することができ、すなわち、出射方向に応じて光の強さを変えることができる発光面を備えた３次元画像生成方法及び装置が提案されている（特許文献２参照。)。
【０００８】
この技術は、窓ガラス越しに実体を見ているときの窓ガラスを仮想的な３次元画像表示装置としているものである。上記特許文献２に記載の手法では、第１及び第２の発光面を設け、具体的には複数の光源からの光を第１の発光面において光源の数に対応する変調器により強度変調し、第２の発光面において出射方向の偏向を行っている。
この場合光源の数に対応する視点を得ることができ、視点数を増やしても解像度は悪くならないが、視点数を増やすほど装置が大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−７２１３５号公報
【特許文献２】特表２０００−５０９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、３次元画像を表示するための上記問題を解決し、構成が簡単で且つ高解像度化の可能な３次元画像表示装置及び３次元画像表示方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明による３次元画像表示装置は、少なくとも２次元画像に対応する光を出射する光源部と、この光源部からの光を２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向する光線偏向部とを有し、光線偏向部での偏向方向に同期して、光源部における２次元画像の１画素毎の光に、３次元画像に対応する強度変調を行う構成とする。
【００１２】
また本発明による３次元画像表示方法は、２次元画像を表示する光を、光線偏向部において１画素毎に複数の出射方向に偏向すると共に、２次元画像を表示する光に対しこの光線偏向部入射前に、光線偏向部での偏向方向に同期して、３次元画像に対応する強度変調を行う。
【００１３】
上述したように、本発明においては、光源部から２次元画像を表示する光を光線偏向部に入射させ、この入射させた光を光線偏向部において偏向させるものであるが、この偏向に同期し且つ偏向方向に応じて、３次元画像すなわち立体像に対応する強度変調を光源部において行う構成とするものである。
【００１４】
このような表示によって、光線偏向部から出射された光は観察者の視域内を走査されることから、観察者は、立体像に対応するように強度変調された光を右目と左目とでそれぞれ観察することができ、偏向する方向の数に対応した解像度の３次元画像を見ることができる。
【００１５】
そして本発明においては、光源部と光線偏向部とにおいて、それぞれ光強度変調と光偏向との機能を分離させた構成とするものであるから、光源を偏向方向の数や画素数にあわせて用意する必要がなく、また光線偏向面との距離などにより左右されることなく、簡易な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による３次元画像表示装置及び３次元画像表示方法によれば、立体視に係る光の偏向を光線偏向部のみで行うことから、装置構成が簡易化され、また解像度を上げるために光源を増加する必要がないことから、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
また本発明において、２次元画像を表示する光をレーザ光とすることによって、簡単に指向性をもって光線偏向部に光を導入することができ、装置構成の簡易化を図ることができる。
【００１８】
更に、光源部における２次元画像を表示する光を、１次元型の光変調素子によって光変調された後走査照射して光線偏向部に入射する構成とすることにより、走査する２次元画像信号に対応させて偏向方向毎の強度変調を行うことができ、装置構成の複雑化を招来することなく３次元画像表示装置を提供することができる。
【００１９】
更に光変調素子として、回折格子を構成する複数のマイクロリボンが設けられ、このマイクロリボンの相対的移動により回折状態が変調されて強度変調される光変調素子を用いることにより、同様に回折状態を変調する信号に対応して偏向方向毎の強度変調を行うことができ、装置構成の複雑化を招来することなく３次元画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明による３次元画像表示装置及び３次元画像表示方法を実施するための最良の形態の各例を、図面を参照して説明する。本発明は、以下の例に限定されることなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲で種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
本発明による３次元画像表示装置は、上述したように、少なくとも２次元画像に対応する光を出射する光源部と、この光源部からの光を２次元画像の１画素毎に複数の出射方向に偏向する光線偏向部とを有し、光線偏向部での偏向方向に同期して、光源部における２次元画像の１画素毎の光に、立体画像に対応する強度変調を行う構成とするものであり、見る位置を変えると映像の側面や裏面が見え、複数の視点に対応しても解像度を犠牲にしないような３次元画像再生装置及び３次元画像表示方法を提案するものである。
【００２２】
本発明に利用する３次元画像表示の基本原理は、前述の特許文献２において説明した窓ガラス越しに立体像が見えるように３次元画像を表示するものと同様である。
上記特許文献２においては、光の変調・偏向のできる複数の光源を用いて、画像内の点すなわち画素から出射される光の強さを、出射角に応じて制御する構成が提案されている。
【００２３】
本発明においては、上記特許文献２に開示の構成とは異なり、複数の光源を用いる代わりに１つの光源部にして、その光源部からの光線を、２次元画像の画素毎に対応させて、光線偏向部すなわち観察者からは画面(又はスクリーン)上で視域内を走査するように偏向する構成とするものである。このとき、光線の方向と強度を対応させて変化させることで、立体像を再生することができる。
このように本発明は、２次元画像の画素毎に偏向させる構成とし、光の強度に応じた角度調整などを行わず、強度変調と偏向との機能を装置内で分離する構成とすることによって、複数の光源を用いることなく、より簡単な装置構成で３次元画像表示装置を構成することができる。更に装置構成の簡易化により、コスト高を招来することなく視点数を増加させることができ、すなわち高解像度の３次元画像表示を行うことができる。
【００２４】
図１に本発明の基本的な概念を説明する模式的構成図を示す。なお、図１では、画素を透過した光を観察者が見る構成となっているが、後述するように、画素で反射した光を観察者が見るような構成としてもよい。
【００２５】
図１を参照しながら、具体的な構成及び３次元画像表示方法について説明する。
まず光源部１から指向性のある光線Ｌ１、Ｌ２・・・Ｌｎを光線偏向部２に向けて出射する。指向性のある光線としては、例えばレーザが好ましい。また、１本のレーザ光を矢印ａで示すように走査させてもよい。更に、レーザ以外の光源からの光を利用する場合、例えば液晶型の２次元画像表示光源を利用する場合は、例えばレンズアレイ等の光学系を介して光線偏向部２の各画素部に向けて２次元画像を表示する光を出射させることもできる。
【００２６】
そして、光線偏向部２に到達した光線は、今度はこの光線偏向部２において例えば矢印Ｌ１１〜Ｌ１５で示すように偏向され、各画素を中心に矢印ｂで示すように視域を走査するように出射される。
図２においては、光線偏向部２における各偏向画素２１での偏向態様を拡大して示し、図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。偏向方向はこの例に限定されることなく２以上の複数であればよく、多数化する程解像度を上げることができる。
【００２７】
このように、光源部１においてレーザ光を変調する素子としては、例えば米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社が開発したＧＬＶ（Ｇｌａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）を利用することができる。
【００２８】
このＧＬＶ型の光変調素子は、図３にその概略平面図を示すように、例えばマイクロリボンによる光回折素子が配列されたピクセル３７が１次元的に多数個配列されて成る。
【００２９】
このピクセル３７の内部構造は、図４にその概略斜視図を示すように、基板３６の上に両端が支持された例えば６本のレーザ光反射マイクロリボン３９が平行配列されて回折格子を構成している。
【００３０】
一方、マイクロリボン３９配列部下に差し渡って、基板３６上に、全マイクロリボン３９に対向して共通の電極３８が、マイクロリボン３９との間に所要の間隙を保持するように形成されて成る。
【００３１】
これらのマイクロリボン３９は、例えばその１つおきのリボン３９と対向電極３８との間に所要の電圧を印加することによって、これらリボン３９の中央部が基板３６から所定の距離に移行保持され、図５に概略断面図を示すように、各ピクセルのマイクロリボン３９に入射光Ｌｉを入射させることにより、１次回折光Ｌｒ（−１）及びＬｒ（＋１）が発生するようになされている。
このようにして、光源からの光を光変調素子３３によって±１次回折光としての有無或いは強度（階調）に変調する。
【００３２】
図６にこのような光変調素子３３を利用して光源部１を構成した場合の概略構成を示す。
ＲＧＢ（赤、緑及び青色）のレーザ光Ｌ０を光源４０から照明レンズ４１を介して光変調素子３３にスリット状に照射する。光変調素子３３により強度変調された光は、投射レンズ４２を介して走査ミラー４３により矢印ｃで示すように走査されて、光線偏向部２に矢印ｓで示すように走査照射される。図６において、Ｌｓは投影される光を示す。
【００３３】
ここで、例えばフルＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）対応であるとすると、１０８０画素分の１次元像を走査ミラー４３で水平方向（矢印ｓで示す方向）に走査させることで、2次元画面を構成する。なお、図６の例においては単色の光源４０を用いた構成を示すが、ＲＧＢそれぞれの光に対し光変調素子３３を配置する構成とすることもできる。
【００３４】
また、光源部１としては、この他上述したように液晶プロジェクター、ＣＲＴ（陰極線管）プロジェクター等の２次元画像表示手段、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ、テキサス・インスツルメント社）等の各種光変調素子により２次元画像を表示する光源部を適用できることはいうまでもない。
【００３５】
そして、光線偏向部２に到達した光線は、前述の図１及び図２に示すように、画素を中心に視域を走査される。上述したようにフルＨＤ対応であるとすると、水平方向の画素数は１９２０であり、６０Ｈｚで走査すると１画素あたり約８μｓ（マイクロ秒）留まっている計算になる。
【００３６】
光線偏向部２の各偏向画素では、この８μｓの間に視域を走査する。例えば4視点であれば、それぞれの視点では２μｓずつ留まっている計算になり、視点数が増えれば増えるだけそれぞれの視点の方向に留まっている時間は短くなる。そして、それぞれの光線の方向に対応して、光線の強度を変調することにより、立体像を再生することができる。
【００３７】
この偏向画素すなわち光線偏向部における偏向手段としては、例えば、１画素に１枚の可動ミラーが対応したミラーアレイを使用して実現できる。この場合の概略構成図を図７に示す。図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。光線偏向部２の各画素のミラーを光源部１の強度変調と同期をとって微小移動させることにより、その反射光を視野に入れる観察者は、立体像を見ることができる。
【００３８】
また、図８に示すように、多面体ミラーより成る偏向手段２２を用いることも可能である。例えば図２における偏向画素２１毎にこのような多面体ミラーより成る偏向手段２２を設け、この多面体ミラーの回転により偏向させることができる。
【００３９】
尚、上述の図３〜図６において説明したように、ＧＬＶ等の１次元型構成の光変調素子を利用して光源からの光を走査照射して２次元画像を表示する場合においては、図８に示すように、この多面体ミラーに入射される光Ｌｍが１画素内に走査される間に入射位置を変えることにより、対応する各ミラー面から例えば矢印Ｌｍ１〜Ｌｍ７で示すように、それぞれ強度変調された光を出射させることができ、ミラーを回転させなくても偏向することもできる。
【００４０】
この多面体ミラー型の偏向手段２２は、例えば断面多面体で偏向方向と直交する方向に延在する柱状ミラーを用いることができ、より装置構成の簡易化を図ることができる。
【００４１】
また光線偏向部２において光透過型の構成とする場合は、例えば図９にその一例の概略構成を示すように、光線偏向部２の各画素に対応する位置に、それぞれ第１及び第２のミラー５１及び５２を設け、例えば第２のミラー５２を矢印ｍで示すように微小移動する構成とすることにより、例えば光源部１から出射された光Ｌ１が第１のミラー５１で反射されて矢印Ｌ１’で示すように第２のミラー５２に向かい、この第２のミラー５２によって例えば矢印Ｌ１１〜Ｌ１５で示すように各偏向方向に出射される構成とすることができる。矢印Ｌ２〜Ｌｎで示す光も同様である。
【００４２】
このような透過型構成とする場合は、光源部の配置位置の制限がなく、より広い視野からの観察が可能な３次元画像表示装置を提供することができる。
【００４３】
尚、上述の各例においては、光線偏向部２による偏向方向を例えば水平走査方向の一方向とすることができるが、例えば上述のミラーアレイ、多面体ミラー又は複数のミラーなどの偏向手段を２段階構成として、例えば水平走査方向及び垂直走査方向の２方向とすることもできる。この場合は、水平方向及び上下方向の立体的な３次元画像を表示することが可能となる。
【００４４】
以上説明したように、本発明構成とすることによって、光源を複数用意することなく光源部と光線偏向部とにおいて光強度変調機能と光偏向機能とを分離させたことから、装置構成の小型化、簡易化を図ることができる。またコスト高を招来することなく高解像度化を図ることが可能となる。
【００４５】
また高解像度化が容易であることから、３次元画像表示の強度変調を、側面のみならず裏面側の情報にも対応させることによって、見る位置を変えると映像の側面や裏面が見え、複数の視点に対応しても解像度を犠牲にせず、なおかつコンパクトな３次元画像再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による３次元画像表示装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明による３次元画像表示装置の一例の要部の断面構成図である。
【図３】光変調素子の一例の概略平面図である。
【図４】光変調素子の一例の概略斜視図である。
【図５】光変調素子の一例の回折態様を説明する断面図である。
【図６】本発明による３次元画像表示装置の一例の概略構成図である。
【図７】本発明による３次元画像表示装置の一例の概略構成図である。
【図８】光線偏向部の一例の要部の断面構成図である。
【図９】本発明による３次元画像表示装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    光源部
２    光線偏向部
２１  偏向画素
２２  偏向手段
３３  光変調素子
３６  基板
３７  ピクセル
３８  対向電極
３９  マイクロリボン
４０  光源
４１  照明レンズ
４２  投射レンズ
４３  走査ミラー
５１  第１のミラー
５２  第２のミラー
【図１】
2005115177.tif 000003
【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】
2005115177.tif 000008
【図７】
2005115177.tif 000009
【図８】
2005115177.tif 000010
【図９】
2005115177.tif 000011