(57)【要約】【課題】  レンチキュラレンズを使って視域制限のない立体像を表示する従来の方法では、オブジェクト像を一定の方向に並べなければならないという条件があり、また立体像にアニメーションの効果を付与するためには、動力と機械部品による駆動装置が必要であった。【解決手段】  多眼式の立体像に、見る位置によって奥行きが逆転する性質を持たせることで、単独の像でも視域制限を無くすことが可能となる。この考え方を周期的に並ぶ従来の立体像に組み合わせれば、像の並ぶ方向を逆転させたり、ループ状に並べることが可能になる。さらに輝線群と透過画像からなる装置で表示すれば、光源の点滅位置を変えることで輝線群を移動させ、動力を使わずにアニメーションの効果を実現することが可能になる。【選択図】  図８
2013229821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像は立体的なオブジェクトの像ないし図形の位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつ横方向の位置変化の向きが、少なくとも一度は逆転して元の位置に向かい、N番目と1番目の元画像におけるオブジェクト像の位置関係が、1〜Nの元画像におけるオブジェクト像の位置変化の延長となる性質を持たせることで、元画像の変化を終端のないループ関係にすることを特徴とする立体画像。
【請求項２】
N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像は立体的なオブジェクトの像ないし図形が並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持ち、かつオブジェクト像ないし図形の列に、横の位置変化の方向が逆転する部分を含むことを特徴とする立体画像。
【請求項３】
N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が閉じた曲線に沿って並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持つことを特徴とする立体画像。
【請求項４】
平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像は立体的なオブジェクトの像ないし図形の位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつ横方向の位置変化の向きが、少なくとも一度は逆転して元の位置に向かい、N番目と1番目の元画像におけるオブジェクト像の位置関係が、1〜Nの元画像におけるオブジェクト像の位置変化の延長となる性質を持たせることで、元画像の変化を終端のないループ関係にすることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持ち、かつオブジェクト像ないし図形の列に、横の位置変化の方向が逆転する部分を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が閉じた曲線に沿って並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持つことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項４〜６に記載の表示装置の輝線群が、レンチキュラレンズとその焦点面に置かれた透過性拡散スクリーン、さらに該レンチキュラレンズから所定の距離に並んだ、該レンチキュラレンズの側を照明する複数の光源によって形成され、該光源の点灯位置を移動させることによって該輝線群の位置が移動することを特徴とする請求項４〜６に記載の表示装置。
【請求項８】
請求項４〜６に記載の表示装置の輝線群が、レンチキュラレンズとその焦点面に置かれた透過性拡散スクリーン、さらに該レンチキュラレンズから所定の距離に並んだ、該レンチキュラレンズの側を照明する光源群によって形成され、該光源群の内、その像が該スクリーン上で同一の輝線群に重なる光源グループを同時に点灯させつつ、点灯する光源グループの位置を移動させることによって該輝線群の位置が移動することを特徴とする請求項４〜６に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は裸眼で観察することができる立体画像の作成、表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる視点位置から見える複数の画像から、所定のピッチで縦の線画像群を抽出して並べた細画像群からなる合成画像に、シリンドリカルレンズが並んだレンチキュラレンズや、スリットが並んだパララックスバリアを重ねて表示する多眼式の立体像は、専用の眼鏡を必要とせず、裸眼で見える立体像を表示する技術として知られている。しかしながら従来の多眼式立体像には、意図した立体感を持って見える範囲である視域が存在し、これを越えた位置で見ると二重像になったり、遠近が逆転した像になってしまうという問題があった。
【０００３】
一方、所定の間隔を空けて平行に置いた格子模様が作るモアレ縞が浮き出て見えたり、逆に奥に引いて見える現象や、面上にレンズが並んだレンズシートと、相似形の周期を持つ周期模様が作るモアレ縞が同様に奥行きを持つ現象があり。この時の立体感には一般的な多眼式にある視域の制限が存在しない。これを人目を引くディスプレイに利用するものとして、たとえば米国の特許文献１や国内の特許文献２〜７がある。またさらに見える模様に変化を加える工夫をした特許文献８の表示装置がある。
【０００４】
さらに同様の構成のディスプレイにおいて、表示される模様を機能を持った画像列に変え、３次元的な視差を有する立体像を表示したり、アニメーションのような効果を実現する研究が非特許文献１〜６に報告されている。これらのディスプレイは所定の手続きによって作成した平面画像を印刷あるいは表示した面に、レンチキュラレンズやレンズアレイを重ね、これらを通して該平面画像を観察するものである。これらによって視域の制限がない立体像を表示することができるようになったが、モアレ縞を立体像に変えるという発想のため、一定の方向に周期的に並ぶオブジェクト像の列として描かれる場合にのみ実施することができるという強い制限が存在し、これが表現の幅を限定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】US 2007/0097111 A1
【特許文献２】特開平11-189000号公報
【特許文献３】特開2001-55000号公報
【特許文献４】特開2001-180198号公報
【特許文献５】特開2002-46400号公報
【特許文献６】特開2002-120500号公報
【特許文献７】特開2003-220173号公報
【特許文献８】特開2003-226099号公報
【特許文献９】特開2002-72135号公報
【特許文献１０】特開2003-307800号公報
【特許文献１１】特開2012-003175号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"モアレ干渉を応用した周期立体像の研究"，映像情報メディア学会技術報告, Vol.34, No.24, pp.15-18(2010)
【非特許文献２】"撮影モデルを使った周期立体像の作成"，3D映像, Vol.24, No.2, pp.42-50(2010)
【非特許文献３】"MegaPOVを使ったインテグラルイメージと周期立体像の作成"，映像情報メディア学会技術報告, Vol.34, No.43, pp.21-24(2010)
【非特許文献４】"モアレ干渉法を利用した紙面立体アニメーション"，日本印刷学会第124回秋期研究発表会講演予稿集，pp5-8(2010)
【非特許文献５】"モアレ干渉の応用によって視域の境界を取り除いた周期立体像"，画像電子学会誌, Vol.39, No.6, pp.1074-1087(2010)
【非特許文献６】"周期的な奥行き変化のある周期立体像"，映像情報メディア学会技術報告, Vol.35, No.15, pp.51-54(2011)
【非特許文献７】"多視点像として作る周期立体像"，第107回日本画像学会年次大会論文集, pp.23-26(2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来視域制限の無い立体像とするために必要とされていた、オブジェクト像が一定の方向に並ばなければならないという条件を緩和し、像の列に奥行きの逆転を伴った、配列方向の逆転を可能にすることであり、さらに閉じた曲線に沿って並ぶ立体像としたり、あるいは単独の像で視域制限を無くすことを可能とすることである。加えてレンチキュラレンズを使った従来の表示装置において、観察角度が大きくなるにつれて増加していた収差による画像劣化を解消し、さらに機械的な可動装置を使用せずに同様のアニメーション効果を得ることが可能になる表示装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は、N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像は立体的なオブジェクトの像ないし図形の位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつ横方向の位置変化の向きが、少なくとも一度は逆転して元の位置に向かい、N番目と1番目の元画像におけるオブジェクト像の位置関係が、1〜Nの元画像におけるオブジェクト像の位置変化の延長となる性質を持たせることで、元画像の変化を終端のないループ関係にすることを特徴とする立体画像である。
【０００９】
本発明の請求項２は、N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持ち、かつオブジェクト像ないし図形の列に、横の位置変化の方向が逆転する部分を含むことを特徴とする立体画像である。
【００１０】
本発明の請求項３は、N枚の元画像からそれぞれ所定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて画像を合成する多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が閉じた曲線に沿って並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持つことを特徴とする立体画像である。
【００１１】
本発明の請求項４は、平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像は立体的なオブジェクトの像ないし図形の位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつ横方向の位置変化の向きが、少なくとも一度は逆転して元の位置に向かい、N番目と1番目の元画像におけるオブジェクト像の位置関係が、1〜Nの元画像におけるオブジェクト像の位置変化の延長となる性質を持たせることで、元画像の変化を終端のないループ関係にすることを特徴とする表示装置である。
【００１２】
本発明の請求項５は、平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持ち、かつオブジェクト像ないし図形の列に、横の位置変化の方向が逆転する部分を含むことを特徴とする表示装置である。
【００１３】
本発明の請求項６は、平面上に平行に並んだ輝線群と、該平面と所定の間隔をおいて平行に置かれた透過画像とからなり、該透過画像を通して輝線群を観察する装置において、該透過画像はN枚の元画像からそれぞれ一定の間隔で縦の線画を抽出し、短冊状の要素画像に並べて合成することで、各元画像が異なる視点位置で観察される多眼式の立体画像であって、1〜Nの元画像には立体的なオブジェクトの像ないし図形が閉じた曲線に沿って並び、それらの位置が連続的に順次変化する関係にあり、かつN番目の元画像における個々のオブジェクト像ないし図形の変化が、1番目の元画像における隣のオブジェクト像ないし図形に引き継がれることで、N番目の元画像と1番目の元画像の関係が、1〜Nまでの連続的変化の延長となる性質を持つことを特徴とする表示装置である。
【００１４】
本発明の請求項７は、請求項４〜６に記載の表示装置の輝線群が、レンチキュラレンズとその焦点面に置かれた透過性拡散スクリーン、さらに該レンチキュラレンズから所定の距離に並んだ、該レンチキュラレンズの側を照明する複数の光源によって形成され、該光源の点灯位置を移動させることによって該輝線群の位置が移動することを特徴とする請求項４〜６に記載の表示装置である。
【００１５】
本発明の請求項８は、請求項４〜６に記載の表示装置の輝線群が、レンチキュラレンズとその焦点面に置かれた透過性拡散スクリーン、さらに該レンチキュラレンズから所定の距離に並んだ、該レンチキュラレンズの側を照明する光源群によって形成され、該光源群の内、その像が該スクリーン上で同一の輝線群に重なる光源グループを同時に点灯させつつ、点灯する光源グループの位置を移動させることによって該輝線群の位置が移動することを特徴とする請求項４〜６に記載の表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来の多眼式立体像の視域制限を無くすために必要とした、オブジェクト像が一定方向に並ぶという条件を緩和し、オブジェクト像の並ぶ向きを逆転させたり、ループ状の配列とすることが可能になった。さらに複数の像が並ぶことを必要とせずに、単独の像で視域制限を無くすこともできる。また請求項４〜６の表示装置によれば、レンチキュラレンズを使う従来の表示装置において問題になっていた収差の影響を受けずに、観察角度の大きな領域でも画質劣化が少ない表示装置を実現することができる。さらに請求項７，８の表示装置によれば、並べた光源の点滅制御によってアニメーション効果を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の立体画像を表示する装置の一例を示す図である。
【図２】本発明で使用する一般的な多眼式の画像作成手順を説明する図である。
【図３】レンチキュラレンズを使う多眼式の表示原理を説明する図である。
【図４】請求項１の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図５】図４の実施例におけるオブジェクト像の動き（位置の移動）を説明する図である。
【図６】請求項２の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図７】本発明における立体的なオブジェクト像の回転を示す説明図である。
【図８】請求項２の他の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図９】請求項２の他の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図１０】請求項３に使用する元画像の例を示す図である。
【図１１】請求項３の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図１２】請求項３の他の実施例に使用する元画像の関係を示す図である。
【図１３】請求項５の表示装置を示す図である。
【図１４】請求項４〜６の輝線群を使う多眼式の表示原理を説明する図である。
【図１５】請求項７の輝線群を形成する原理を説明する図である。
【図１６】請求項７において輝線群を移動させる原理を説明する図である。
【図１７】請求項８の輝線群を形成する原理を説明する図である。
【図１８】請求項８において輝線群を移動させる原理を説明する図である。
【図１９】請求項１によって立体的なオブジェクトを表示する元画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
レンチキュラレンズを使った多眼式の表示装置を図１に示す。所定の手続きによって作成された平面画像101にレンチキュラレンズ102が重ねられ、102を通して101を見ることによって立体像を観察することができる。まず多眼式による画像101の作成法を図２によって説明する。多眼式では異なる視点から見える多視点像I1〜INから、レンズ幅に対応する間隔で縦の線画を抽出し、レンチキュラレンズの各レンズに対応する要素画像に順に並べて画像を合成する（I1〜INの線画は1〜Nで示している）。こうして合成された画像101をレンチキュラレンズ102を通して観察すると、図３に断面図を示すように、各レンズで線画1〜Nがそれぞれ異なる角度範囲に見え、多視点像I1〜INが異なる視点位置で観察されるために、左右の目に異なる視点像が見えて立体視が実現する。
【００１９】
図３からわかるように、線画1〜Nすなわち多視点像I1〜INのが見える位置は繰り返して並び、多視点像の連続性から1〜Nの変化は連続的であるが、Nから1の変化は通常不連続であり、変化の符号が逆になる。一般に1〜Nが見える範囲を視域と呼び、Nから1に変わる場所を逆視領域と呼んでいる。図１の装置で表示される立体像にはこのような視域が存在し、正しい立体像が観察できる範囲は限られている。
【００２０】
通常の多眼式では観測される画像がNから1に変わる位置で不連続が生じる。非特許文献７ではこの不連続を無くすため、元の多視点像INとI1の間に、I1〜INまでの連続的変化を継承する性質を付与し、従来視域の境界であったNと1の間が連続的な変化になるようにして視域の境界、すなわち逆視領域を無くすことに成功した。ただそこでは、オブジェクトの像を水平に繰り返し並べることでこの条件を満たしたため、オブジェクト像に奥行き変化を付けるなどの表現はできるものの、基本的には非特許文献１〜６と同じく、像が一定の方向に並ぶという条件は残ったままになった。そこで本発明ではさらに検討を進め、単一のオブジェクト像で視域の連続性を確保することや、像を並べる場合でも、その方向が逆転する部分を含めることに成功した。
【００２１】
図４は本発明請求項１の実施例を元画像で示したものであり、単一のオブジェクト像で視域の連続性を確保するものである。視点を右から左に移動するにつれてI1，I2，I3，I4の順に切り替わって観察される。後の実施例も含め、ここではN＝4と小さい値で説明するが、元画像の数Nはより大きい方が見栄えが良く、実際にはN＝20〜30で実験を行い、良好な立体像が得られることを確認している。元画像I1〜I4には二種類のオブジェクト像103と104が行列状に並んでいるが、これはデザインであって必要条件ではない。図５に中央部を拡大したものを示す。I1〜I3で実線の矢印のように103は右、104は左に移動し、I3〜I4では点線の矢印のように103は左、104は右に移動し、I4から同じ動きを延長してI1の位置に戻る。右から左の視点移動に対して像が右に動くとき、その像は画像面より前に飛び出して見え、左に動くときは画像面より奥にあるように見えるため、I2とI4では陰画関係を逆にしてつじつまの合う立体像としている。
【００２２】
図３を使ってこの原理を一般化して説明する。1〜Nの元画像を1〜kとk〜N〜1と二つに分け、kを境に像の動く向きを逆転して元の位置に向かい、1番目の元画像がk〜Nの延長となる性質を持たせる。結果として見る位置によって奥行きが逆転するが、これを表現として許容することで視域の境界を無くすことができる。この例では像の移動方向の逆転が、元画像1の位置を含めて２回、含めなければ元画像kの位置の１回である。原理的にはより多くの逆転回数を含んでも良いが、頻繁に奥行きが逆転すると像の定位が不安定になるため、実際にはこの実施例のように最小限に抑えることが好ましい。請求項１では以上のように、見る位置によって像の奥行きが逆転することを許して視域の境界を解消する。
【００２３】
奥行きのみでなく、厚みのある立体像を表示する場合には、オブジェクト像に見る角度によって変わる視差を加えなければならない。このためには元画像間でオブジェクト105に、図５で示す垂直軸を中心とした回転106を行えば良い。その角度δは視差数がNの場合に数１で与えられる。
【００２４】
【数１】
2013229821.tif 000003
【００２５】
このため1〜N〜1の１サイクルでオブジェクトはp/dだけ回転しなければならず、通常はN〜1の連続性を維持することができないが、オブジェクトがp/dだけ回転して元の図形と同等になる対称性を持つときは例外で、その場合に限り請求項１の手法で立体像を表示することができる。原理的にはn回対称（nは2以上の整数）のオブジェクトに対し、p/dが2π/nに等しい時にのみこの条件が満されるが、立体感に若干の歪みを生じることを許すならp/dが正確に2π/nに一致しなくても、近い値であればδを数２として連続性の条件を満たすことができる。
【００２６】
【数２】
2013229821.tif 000004
【００２７】
具体的にn＝6の例を図１９によって説明する。N＝4の元画像I1〜I4には正六角柱128が描かれ、図４および図５のオブジェクト103と同様の平行移動に、矢印で示した回転が加えられている。元画像ごとの回転角δは15度で、6回対称の正六角柱では60度回転して同じ図形になるため、I1はI4から15度回転した関係になり、一連の回転は全て等価なものとなることがわかる。ここではオブジェクト128の回転軸は完全に垂直ではなく、立体的な図形であることがわかるように画面に対して若干前に傾けているため、正確な視差像とはならないが、この程度であれば立体視を損ねることはない。ちなみにこれはやや上方から見下ろす視線で捉えることに相当する。実際にはN＝30で画像を作成し、p/d＝1.01（58度）のレンチキュラレンズ（30lpi）を重ねて実験を行ったが、目立った歪みを感じずに立体像を観察できることができた。
【００２８】
本発明の請求項２では、非特許文献１〜７の方法で可能になった一列に並ぶ立体像の列に、配列方向の逆転部分を加えることを可能にする。図６は請求項２の実施例を説明する元画像を示し、視点を右から左に移動するにつれてI1，I2，I3，I4の順に切り替わって観察される。I1の像ａは、視点を左から右に移動するにつれてI2のｂ，I3のｃ，I4のｄと連続的に位置が変わり、従来の視域境界であるI4からI1への切り替わりでは像ａの隣のｅに移動する。ｄからｅへの移動距離もａ〜ｄと同方向、同間隔であるため、一連の像移動は全て等しく不連続は生じない。ｅはさらにI2のｆ，I3のｇ，I4のｈと続き、以下これが繰り返される。このようにして元画像のI4とI1間が連続的につながる条件が満たされ、視域の境界が消滅する。さらに像の移動方向は反転しながら白抜き矢印と斜線の矢印を交互に繰り返し、白抜き矢印の部分では画面から飛び出す像に、斜線矢印の部分では画面の奥にある像となる。このことを考慮してI1〜I4には、オブジェクトが重なる位置に必要な陰画処理がなされている。ここで像の移動方向は水平ではないが、その傾斜は小さく立体視を損なうほどではない。また各オブジェクト像は図７で説明した数１のδずつの回転を伴っているため、三次元的な視差を持つ立体像として観察される。
【００２９】
さらに図８に請求項２の他の実施例を元画像によって示す。同様に視点を右から左に移動するにつれてI1，I2，I3，I4の順に切り替わり、I1の像ａはｂ〜ｈと移ってゆくが、移動方向の反転は曲線に沿った連続的な変化によって達成されている。またオブジェクト像には図７で示した立体的な視差のための回転に加え、矢印107で示したギアの回転を与えてアニメーション的な効果を付与している。白抜き矢印の部分が飛び出す像に、斜線矢印の部分が奥にある像となる点は同様であるが、曲線に沿った反転部では、奥行きも手前から奥、奥から手前と連続的に変化しており、これを考慮した陰画処理がなされている。
【００３０】
加えて図９に請求項２の他の実施例を元画像によって示す。I1，I2，I3，I4の意味は同じで、I1の像ａはｂ〜ｈと移ってゆく。画像の中心を原点として紙面内で水平にx軸を、縦にy軸をとり、紙面に垂直にz軸をとると、オブジェクト（サイコロ）はy軸を中心とする螺旋軌道に沿って下っており、その軌道のxz面内への投影は円を描いている。ここで元画像の観察される角度間隔と、オブジェクトのy軸を中心とする回転角を一致させれば、設定通りの円を描く奥行き感が再現される。またオブジェクトの自転角も一致させて立体感を再現している。観察角が大きくなると元画像の観察される角度間隔が変わるため、奥行き感や立体感に若干の歪みは生じるものの、視域境界の不連続は存在しない。
【００３１】
以上説明した請求項２の立体画像で表示できるのは、基本的に終端のないオブジェクト像の列であるため、多数の像を並べて表示しなければならない。一方請求項１では単一のオブジェクト像を表示できるが、図１９で説明した通り立体像に関してはオブジェクトの対称性に大きい制限がある。請求項３はこれらの中間に位置するもので、オブジェクト像ないし図形を閉じた曲線に沿って並べるものである。
【００３２】
請求項３によって二つのオブジェクト像を表示する例を図１０の108に、三つのオブジェクト像を表示する例を同109に、四つのオブジェクト像を表示する例を同110に示した。ここではp/d〜2π/12のレンチキュラレンズを使うものとして、隣り合う像はオブジェクトが2π/12ラジアン＝30度回転した関係にある。図１１は108と110について、N＝4の場合の元画像I1，I2，I3，I4を示したものであるが、108はa,b,c,〜,hの順に移動してaに戻り、110ではA,B,C,〜,Pの順に移動してAに戻り、いずれも終点のないループとなって視域の境界が消滅する。またオブジェクトが左から右に動く部分は飛び出す像に、逆に右から左に動く部分は奥に見える像となり、飛び出す量や奥行きは移動速度に比例する。オブジェクト像間の回転角を2π/n、像の並ぶ数をmとすると、n/m回対称のオブジェクトを表示することができるため、108は正六角柱、109は正四角柱、110は正三角柱としている。立体像を表示する場合はこのように対称性に制限が付くが、平面的な図形であれば、同111のように位置の移動のみとなり、回転させる必要がないので対称性の条件はない。もちろんこの場合は奥行き感のみが感じられる像となる。
【００３３】
以上の説明から容易に類推できるように、n/m＝1すなわちn＝mであれば必要な対称性が1回対称となり、任意のオブジェクトを表示することができる。N＝4として、この場合の元画像I1，I2，I3，I4を図１２に示した。各元画像には12個のオブジェクト像が並び、a,b,c,〜,h,〜の順で楕円の軌道上を矢印112の方向に移動する。画像の中心を原点として紙面内で水平にx軸を、縦にy軸をとり、紙面に垂直にz軸をとると、オブジェクト（歯車）像の軌道のxz面へ投影は原点を中心とする円となり、隣り合うオブジェクト間で30度、元画像間で30/N＝7.5度ずつ回転した関係になる。さらに各元画像の隣り合うオブジェクトは30度ずつ自転した関係にあり、元画像間では30/N＝7.5度ずつ自転している。この設定通りの奥行き感が再現されるのは、p/d＝2π/12で正面から観察した時のみであり、p/dと2π/12の違いが大きいほど、また観察角が大きくなるほど立体感の歪みは大きくなるが、奥行きが正確に再現されなくとも、奥行き感や立体感を感じられれば、平面画像にない迫力を十分に感じることができる。なお図１２の実施例では、図８の例と同様に矢印113で示したギアの回転を与えてアニメーション的な効果を付与している。
【００３４】
本発明の請求項１〜３に記載する立体像画は、通常図１に示すように立体画像101にレンチキュラレンズ102を重ねて表示される。この装置は極めてシンプルであり、周辺光で観察することができるため、特に照明光源を用意する必要もないことなど優れた点が少なくないが、一方レンズには収差があり、観察角度が大きくなると正面から見る像に比べて画質の劣化が大きくなるという問題がある。また本発明の立体画像には、印刷物のような静止画像であっても、重ねたレンチキュラレンズとの位置関係を相対的に動かすことで、アニメーションのような効果を得ることができるという優れた特徴があるが、これを実施するためには機械的な駆動装置を付加する必要がある。本発明の請求項４〜６では、観察角度が大きくなっても画像の劣化が少ない表示装置を実現し、さらに請求項７，８によって、機械的な駆動装置を使用せずにアニメーション効果を得ることを可能にした。
【００３５】
請求項４〜６では、図１３に示すように透過画像114の後方に輝線群115を置き、透過画像114を通して輝線群115の光を見ることで立体像116が観察される。透過画像114は図２で説明した多眼式の画像合成と同じく、異なる視点から見える多視点像I1〜INから、輝線のピッチPに対応する間隔で縦の線画を抽出し、各輝線に対応する要素画像に順に並べて画像を合成する。こうして合成された画像を輝線群115前に置いて観察すると、図１４に断面図を示すように、各輝線115によって照明される線画1〜Nがそれぞれ異なる角度範囲に見えることで、多視点像I1〜INが異なる視点位置で観察され、左右の目に異なる視点像が見えて立体視が実現される。透過画像114に並ぶ線画1〜Nの順が図３の101とは逆になっているが、立体像が見える基本的な原理はレンチキュラレンズを使う図１の多眼式と同じである。本表示装置はいわば影絵の原理によって多眼式の立体像を表示するもので、レンズを通して観察するものではないため収差の影響を受けることがなく、観察角が大きくなっても画質の劣化はほとんどない。
【００３６】
図１３の透過画像114に請求項１〜３の立体画像を使用すれば、それらの機能はそのまま同様に発揮され、請求項４〜６の表示装置となる。ここで図３のpとdは図１４のPとDに対応し、要素画像における元画像の配列順を逆にして画像を合成すればよい。
【００３７】
請求項４〜６に使用する輝線群は、例えば特許文献９に記載されている方法を応用し、スリットの並んだ遮光板を拡散光源に重ねて作ることができる。ただしこの方法では拡散光源が発する光線のごく一部しか利用する事ができず、著しく効率が悪い。装置全体を薄いパネル状にしたいのであれば、特許文献１０の図１６，１７に記載されている導光板を用いる方法が有効で、効率（光線利用率）も前者より高くすることができる。さらにもし装置の薄さにこだわりがないのであれば、本発明の請求項７，８に記載されている方法で作成した輝線群を使用することで、効率が高く、さらにアニメーションの機能を持った表示装置を実現することができる。
【００３８】
特許文献１１や非特許文献１〜６の表示装置では、レンチキュラレンズないしレンズアレイと周期画像の相対位置を動かすことで立体像が大きく移動し、アニメーションのような効果を得ることができた。ただこれには周期画像ないしレンチキュラレンズやレンズアレイを動かすための機械部品を加える必要がある。一般的に摩耗のある機械部品は電子部品に比べて寿命が短く、動力のためのエネルギー消費が加わることや装置の重量が重くなることなど、メインテナンスやコスト、使い勝手などの問題から極力使わないとが望まれるが、従来の表示装置でアニメーション効果を実現するには、動力と機械部品を省くことは困難である。
【００３９】
一方、本発明の請求項４〜６では、輝線群の移動によって同様のアニメーション効果を実現することができるため、請求項７，８では光源の点滅によって輝線群を移動させ、動力や機械部品を使わない表示装置を構成することができる。まず請求項７において輝線群を形成する原理を、図１５の平面図と図１６の斜視図によって説明する。レンチキュラレンズ118の焦点面には透過性拡散スクリーン120が置かれ、反対の側に所定の距離だけ離れて光源の列121が設置される。ここで使用する光源は発光面積が小さい物が好ましく、頻繁に点滅させるため制御が容易な高輝度のLEDを用いることが好ましいが、フィラメントの小さな白熱電球なども使用することができる。またここで言う焦点面とはレンチキュラレンズの各レンズによって光源の像が投影される面を示す。図で光源117を点灯すると、その光は各レンズによって収束されてスクリーン120上に光源の縮小像115を形成するが、図１６に示すようにレンチキュラレンズの性質から115は輝線となり、請求項４〜６で使うことのできる輝線群が生成される。ここで光源列の点灯する位置が矢印122の方向に移動すると、輝線群は矢印123の方向に移動するため、これによって上記したアニメーション効果を実現することができる。ここで列121をピッチPだけ輝線群を移動できる長さにすれば、アニメーション効果を切れ目のないループにすることが可能になる。
【００４０】
レンチキュラレンズ118と光源列121までの距離をO、レンズアレイの曲率中心からスクリーン120までの距離（焦点距離に相当）をsとすると、投影倍率はs／Oとなるため、例えば光源に3mmφのLEDを使い、s＝3mm，O＝300mmなら輝線の幅は0.03mmとなり、ピッチPが1mm前後なら十分実用的な幅になる。なおPは数３で求められ、レンズピッチqよりやや大きくなる。また光源の列121は縦位置をずらして複数設置することができるので、必要なら列の数を増やして明るさを増したり、縦方向の輝度斑を減らすことができる。
【００４１】
【数３】
2013229821.tif 000005
【００４２】
図１５，１６の装置で光源とレンチキュラレンズの距離を近づけると、中心と周辺での明るさの違いが大きくなって照明斑を生じ易く、またレンズアレイの周辺部では光線の斜入射による収差が増加して、輝線の幅が太くなるという問題を生じる。このため光源とレンズアレイの距離は十分に長くとる必要があり、ある程度奥行きの大きな装置になることは避けられない。単純に考えて装置の奥行きは画面サイズに比例するため、特に大きな画面にするとき、このことは大きな欠点となる。請求項８では複数の光源を同時に点灯させて照明することにより、照明斑などの問題を避けつつ装置の薄型化を可能にした。
【００４３】
請求項８において輝線群を形成する原理を図１７の平面図と図１８の斜視図によって説明する。レンチキュラレンズ118の焦点面には透過性拡散スクリーン120が置かれ、反対の側に所定の距離だけ離れてより多数の光源が並ぶ列125が設置される。図１７では三つの光源124が同時に点灯しているが、それらの光はレンチキュラレンズ118の各レンズによって収束されてスクリーン120上の同じ位置に収束し、光源の縮小像である輝線115を形成する。間隔Qで並んだ複数の光源が同じ位置に収束する条件は数４で与えられる。
【００４４】
【数４】
2013229821.tif 000006
【００４５】
複数の光源で照明することによって、距離Oが小さくても輝度斑を生じにくくなり、入射角の大きな光線は以前として存在しても、指向性のある光源を使うことで減少させることができるため、収差の影響も抑制することができる。間隔Qの関係にある光源をグループとし、点灯する位置を矢印126の方向に移動すれば、スクリーン120上の輝線115を矢印127の方向に動かすことができる。このようにして請求項７と同じ機能を持ちつつ、装置の奥行きを減少させることが可能になる。光源の列125は図１８のように縦位置をずらして複数設置することができるので、必要なら列の数を増やして明るさを増したり、縦方向の輝度斑を減らすことができる。
【００４６】
以上説明したように、請求項７，８を使うことで動力と機械部品を使わずに、請求項４〜６の表示装置にアニメーションの機能をもたせることができ、さらに請求項８によれば装置の薄型化が可能になる。このようにレンズを使って光源の縮小像を作り、輝線とする方法は光線の利用率が高く、明るい輝線を容易に作ることができる。この点でも拡散光源とスリットを使う方法に比べて優れている。
【符号の説明】
【００４７】
101  ・・・  立体画像
102  ・・・  レンチキュラレンズ
103，104  ・・・  オブジェクトの像
105  ・・・  立体的なオブジェクト
106  ・・・  視差を与える回転
107，113  ・・・  アニメーション効果の回転
108  ・・・  二つの立体的なオブジェクト像からなる立体画像
109  ・・・  三つの立体的なオブジェクト像からなる立体画像
110  ・・・  四つの立体的なオブジェクト像からなる立体画像
111  ・・・  三つの平面的な図形からなる立体画像
112  ・・・  オブジェクト像の移動方向
114  ・・・  透過画像
115  ・・・  輝線(群)
116  ・・・  立体像
117  ・・・  点灯光源
118  ・・・  レンチキュラレンズ
119  ・・・  レンズの曲率中心
120  ・・・  透過拡散スクリーン
121  ・・・  光源の列
122  ・・・  点灯光源の移動方向
123  ・・・  輝線の移動方向
124  ・・・  点灯光源
125  ・・・  光源の列
126  ・・・  点灯光源の移動方向
127  ・・・  輝線の移動方向
128  ・・・  立体的なオブジェクト
【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】
2013229821.tif 000016
【図１１】
2013229821.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2013229821.tif 000019
【図１４】
2013229821.tif 000020
【図１５】
2013229821.tif 000021
【図１６】
2013229821.tif 000022
【図１７】
2013229821.tif 000023
【図１８】
2013229821.tif 000024
【図１９】
2013229821.tif 000025