(57)【要約】【課題】  プロジェクタから投影された光線は、マイクロレンズを通ったあと、非常に小さな領域(この領域を以下，偏向支点と呼ぶ)に集光され、この領域を支点として，指向性の光線として拡がるため、人が立体視ディスプレイを観察する際に、非常に小さな画素として認識される。現実的には偏向支点どうしの間隔は広く、人が画面を観察した際に、滑らかさのない、隙間のある映像として知覚されてしまう。【解決手段】  裸眼立体視ディスプレイであって，二次元映像表示装置と，光学素子とを有し，前記光学素子が有する、前記二次元映像表示装置から出射した光の拡散と偏向を同時に行う構造によって立体映像を表示することを特徴とする裸眼立体視ディスプレイ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裸眼立体視ディスプレイは，二次元映像表示装置と，光学素子とを有し，前記光学素子を構成する複数の単光学素子のそれぞれは、前記二次元映像表示装置から出射した光の拡散と偏向を同時に行う構造を有することを特徴とする裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項２】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が半球面レンズであり，前記単光学素子の内部に拡散粒子を有することを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項３】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が半球面レンズであり，該半球面レンズの球面部分の形状が球面の曲率の最大１０％の凹凸を持つことを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項４】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が透過部と非透過部からなる振幅型回折格子レンズであり，前記単光学素子の透過部の内部に拡散粒子を有することを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項５】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が透過部と非透過部からなる振幅型回折格子レンズであり，前記単光学素子の各非透過部の長さが最大１０％の長さの変動幅を持つことを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項６】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が凸部と凹部からなる位相型回折格子レンズであり，前記単光学素子の内部に拡散粒子を有することを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項７】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が凸部と凹部からなる位相型回折格子レンズであり，前記単光学素子の各凸部と凹部のそれぞれ長さがそれぞれの最大１０％の変動幅を持つことを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項８】
前記裸眼立体視ディスプレイにおいて，該光学素子を構成する単光学素子が計算機合成ホログラフィであることを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項９】
前記裸眼立体視ディスプレイであって，前記二次元映像表示装置がプロジェクタであることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【請求項１０】
前記裸眼立体視ディスプレイであって，前記二次元映像表示装置が複数台のプロジェクタで構成されることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の裸眼立体視ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裸眼立体視ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２００８−１３９５２４号公報（特許文献１）がある。この公報には、プロジェクタから投影された光線は、マイクロレンズアレイを通った時に偏向し、指向性の光線として拡がるため、人の左右の目に異なる光線が入射し、立体映像として知覚する技術が開示されている．このように光線を何らかの方法によって偏向する技術を用いて、その偏向した光線を人が見ることにより立体知覚が可能となる。ここで、「偏向」とは、光の進行方向を変えることである。また、一般に、物質内を光が通過する時、微視的には、物質を構成する原子や分子に光が散乱されたり、構造的な不連続部分で光が回折されたりする。これが、巨視的には、光の拡散、あるいは屈折として観測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１には、プロジェクタから投影された光線は、マイクロレンズを通ったあと、非常に小さな領域(この領域を以下、偏向支点と呼ぶ)に集光され、この領域を支点として、指向性の光線として拡がるため、人が立体視ディスプレイを観察する際に立体画像として認識され、偏向支点に集まった光が非常に小さな画素として認識される。
【０００５】
プロジェクタが十分密に並び、となりあう上述の偏向支点どうしが十分に近ければ、問題ないが、現実的にはその間隔は広く、人が画面を観察した際に、滑らかさのない、隙間のある映像として知覚されてしまう。このように画素間の隙間を知覚されてしまうと、画素数としては多く存在していても、立体感や画質感が損なわれるという結果となってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、プロジェクタを密に並べることなく、表示される立体映像が滑らかとなり、立体感、画質感を向上した裸眼立体視ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、裸眼立体視ディスプレイであって、二次元映像表示装置と、光学素子とを有し、前記光学素子が前記二次元映像表示装置から出射した光の拡散と偏向を同時に行い立体映像を表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表示される立体映像が滑らかとなり、立体感、画質感を向上した裸眼立体視ディスプレイを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】裸眼立体視ディスプレイの構成図の例である。
【図２】光学素子の例である。
【図３】光学素子の例である。
【図４】光学素子の例である。
【図５】光学素子の例である。
【図６】光学素子の例である。
【図７】光学素子の例である。
【図８】光学素子の例である。
【図９】裸眼立体視ディスプレイの構成図の例である。
【図１０】裸眼立体視ディスプレイの構成図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例では、拡散効果と偏向効果を同時に持つ光学素子アレイを有する裸眼立体視ディスプレイの例を説明する。
【００１２】
図１は、本実施例における裸眼立体視ディスプレイの構成図の例である。
【００１３】
裸眼立体視ディスプレイは、二次元映像表示デバイス１、光学素子２、を有する。
【００１４】
二次元映像表示デバイス１から出射した光線は光学素子２で偏向され、図１の右側からユーザが観察した時に、右目３、左目４に、それぞれ別の光線５、６が入射する。違う色や輝度を持つ光線が右目３と左目４入射するため、裸眼で立体視が可能となる。二次元映像表示デバイス１は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、電界放出ディスプレイ、プロジェクタなどの一般的な映像表示装置として用いられているものであれば良い。
【００１５】
光学素子２は、複数の単光学素子を有する．通常、単光学素子は、光軸が格子上に並んだり、光軸が最密充填構造の中心に一致するなどや何らかの規則に沿って並べられている。ここで光軸とは、単光学素子の中心を通り、単光学素子の入射面に垂直な直線である。単光学素子がレンズの場合は、光軸はレンズ中心を通りレンズ面に垂直な直線となる。
【００１６】
図２は、単光学素子の構造を単光学素子の光軸を含む面で切断して見た例である。
【００１７】
単光学素子２１は、拡散素子２２を含んでいる。単光学素子２１は、通常レンズと呼ばれる素子で、可視光に対する屈折率が１から２の間であり、また、可視光に対して透過率５０％以上である材質から出来ている。単光学素子２１の形状は、片側が半球面で、その逆側が平面であることが一般的であるが、両側が球面であっても良い。
【００１８】
一般に、従来技術では、単光学素子２１は、直方体の拡散板と半球のレンズの貼りあわせにより実現している。また、直方体のみ、あるいは、直方体と半球との全体で光を散乱させ、半球の境界面で光を偏向させる。
【００１９】
拡散素子２２は、大きさが均一でない粒子状のもので、光を散乱させることによって光を全体として拡散させる機能を有する。拡散素子２２は、単光学素子２１の大きさに比べて十分小さい（可視光の波長程度）。
【００２０】
図３は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００２１】
単光学素子３１は、片側球面、その逆側が平面の形状を有するが、球面部分の形状に対して、最大で元の球面の曲率半径に対して１０％程度の長さのランダムな形状歪みを有する。ここで、ランダムとは、非規則的であることをさすが、コンピュータの乱数生成プログラムにより生成された乱数などを用いても良い。このランダムな形状歪によって片側球面の境界面で個々の光をランダムに屈折させて光の散乱を生じさせる。その結果、図３に示す構造は、形状歪による散乱と、球面による偏向の効果を持つ。
【００２２】
図４は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００２３】
単光学素子４１は、透過部４２、非透過部４３、拡散素子２２を有する。透過部４２と拡散素子２２は完全に分離されているのではなく、透過部４２の一部に拡散素子２２が混入した状態である。隣り合う非透過部４３の間隔は、可視光の波長の数倍以上である。複数の非透過部４３によって回折レンズが構成され、特定の向きに光を偏向させる。
【００２４】
図５は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００２５】
単光学素子４１は、透過部４２、非透過部４３を有する。隣り合う非透過部４３の間隔は、基準の長さに比べて１０％程度のランダムな長さの変動幅を有する。この長さの変動幅は、可視光の波長の範囲よりも十分大きいものとする。複数の非透過部４３によって回折レンズが構成され、特定の向きに光を偏向させる。
【００２６】
図６は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００２７】
単光学素子６１は、複数の凸部６２、複数の凹部６３、拡散粒子２２を有する。複数の凸部６２と凹部６３は単一の物質で構成されており、単光学素子の内部に拡散粒子２２を含んでいる。凸部６２と凹部６３の境界の不連続部分から光の回折波が発生し、全体として回折レンズが構成され、特定の向きに光が偏向される。
【００２８】
図７は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００２９】
単光学素子６１は、複数の凸部６２、複数の凹部６３を有する。複数の凸部６２と凹部６３のそれぞれ幅が該単一の凸部６２や凹部６３の基準の長さａに比べてランダムに１０％程度長さが異なる形状を有する。図５に示した構造と同様に、凸部６２や凹部６３の基準の長さａに対する上記幅のランダムな変動幅は、可視光の波長の範囲よりも十分大きいものとする。複数の凸部６２と凹部６３によって回折レンズが構成され、特定の向きに光を偏向させる。
【００３０】
ここで、上記の図２〜図８に示した各構造をまとめると以下のようになる。
【００３１】
図２及び３に示した単光学素子を複数個配列させた光学素子２は、半球面の形状を用いて、光を偏向させる半球面レンズである。図４及び５に示した単光学素子を複数個配列させた光学素子２は、透過部と非透過部を用いて光の透過の有無、即ち、光の振幅を制御することによって光を偏向させる振幅型回折格子レンズである。図６及び７に示した単光学素子を複数個配列させた光学素子２は、凸部と凹部を用いて光の透過行路の差、即ち、光の位相を制御することによって光を偏向させる位相型回折格子レンズである。さらに、図２、４及び６に示した単光学素子を複数個配列させた光学素子２は、単光学素子の内部に含まれた多数の拡散素子によって光を拡散するものであり、図３、５及び７に示した単光学素子を複数個配列させた光学素子２は、単光学素子の表面上に設けた構造の寸法をランダムに変動させることによって光を拡散するものである。
【００３２】
図８は、単光学素子の構造を示す別の例である。
【００３３】
単光学素子８１は、計算機合成ホログラムである。この単光学素子８１は、例えば、特殊なフィルムに形成されたホログラムパターンである。回折格子におけるパターンが一定であるのに対して、計算機合成ホログラムは任意のパターンを採用できる。図８に示したホログラムは、入射した光を散乱し、かつ、偏向させた光を出す。
【００３４】
本発明の実施の形態においては、光学素子は二次元映像ディスプレイの画素と光学素子の単光学素子の周期に依存するモアレを減らす効果があり、立体映像の画質が向上する。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、拡散効果と偏向効果を同時に持つ光学素子アレイを有するプロジェクタ方式裸眼立体視ディスプレイの例を説明する。
【００３６】
図９は、本実施例の裸眼立体視ディスプレイの構成図である。
【００３７】
図１の二次元映像表示デバイス１としてプロジェクタ９１を用いたものである。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、その説明は省略する。
【００３８】
図１の構成との大きな違いは、プロジェクタ９１を用いた場合、プロジェクタ９１と光学素子２との距離が二次元映像表示デバイス１と光学素子２との距離よりも長くなる。実施例１の二次元映像表示デバイス１と光学素子２の距離は、通常、光学素子の焦点距離ｆにほぼ等しいのに対して、図９の構成では、プロジェクタ９１と光学素子２の距離は、プロジェクタ９１の焦点距離ｆ’にほぼ等しくなる。通常ｆ’＞ｆである。
【００３９】
本実施例においても、図９に示す光学素子２として図４〜図８に示した構造、あるいは光学素子２を構成する複数の単光学素子として図２及び図３に示した構造を適用できる。
【実施例３】
【００４０】
本実施例では、拡散効果と偏向効果を同時に持つ光学素子アレイを有するマルチプロジェクタ方式裸眼立体視ディスプレイの例を説明する。
【００４１】
図１０は、本実施例の裸眼立体視ディスプレイの構成図である。
【００４２】
図１の二次元映像表示デバイス１としてプロジェクタ群１０１を用いたものである。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、その説明は省略する。本実施例においても、図９に示す光学素子２として図４〜図８に示した構造、あるいは光学素子２を構成する複数の単光学素子として図２及び図３に示した構造を適用できる。
【００４３】
本構成では、複数台プロジェクタを用いているため、映像が明るくなり、また光線数が向上するため画質が向上する効果がある。また、光学素子が拡散効果を持つため、画素形状を大きくする効果があり、隣り合うプロジェクタより出射された光線が適度に混じりあい、滑らかで自然な立体映像の表示が可能となる。
【００４４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  二次元映像表示デバイス
２  光学素子
３  右目
４  左目
５  光線
６  光線
２１  単光学素子
２２  拡散素子
３１  単光学素子
４１  単光学素子
４２  透過部
４３  非透過部
６１  単光学素子
６２  凸部
６３  凹部
８１  単光学素子
９１  プロジェクタ
１０１  プロジェクタ群
１１２  単光学素子
【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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【図９】
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【図１０】
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