(57)【要約】【課題】粗インテグラルイメージングにおいて、装置の厚みを増やさず、かつ提示像のぼけを抑えつつ、レンズの継ぎ目が目立たない立体像提示を実現する。【解決手段】複数の要素画像を並べて表示する要素画像表示部と、複数の要素レンズ領域で構成されるレンズアレイ部と、を備え、レンズアレイ部を通してそれぞれの要素画像を観察者に提示するものであって、レンズアレイ部は、隣接する要素レンズ領域の境界付近に、隣接する各要素レンズ領域が部分的に混在する入り会い領域を備え、隣接する複数の要素画像を、この入り会い領域を通じて観察者に提示する。上記入り会い領域の断面構造は、入り会い領域の中心部に三角形状の左右対称な山か谷が形成され、その中心部が山または谷の場合は、その両側に、その山または谷に近い側の斜面が遠い側に比べて緩やかな三角形状の山が形成されたものである。【選択図】図４
2016018108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の要素画像を並べて表示する要素画像表示部と、複数の要素集光系領域で構成される集光系アレイ部と、を備え、上記集光系アレイ部を通してそれぞれの要素画像を観察者に提示する多視点型裸眼立体映像表示装置であって、
上記集光系アレイ部は、隣接する上記要素集光系領域の境界付近に、隣接する各要素集光系領域が部分的に混在する入り会い領域を備え、
隣接する複数の要素画像を上記入り会い領域を通じて上記観察者に提示するものであることを特徴とする裸眼立体映像表示装置。
【請求項２】
上記集光系アレイ部は、複数のリニアフレネルレンズが周期的に並んだ構造を持つリニアフレネルレンズアレイを２枚直交させて重ねたものであって、
上記要素レンズ領域は、直交するリニアフレネルレンズの重なり部分であり、
上記入り会い領域は、隣接する上記リニアフレネルレンズで構成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体映像表示装置。
【請求項３】
上記入り会い領域の断面構造は、上記入り会い領域の中心部に三角形状の左右対称な山か谷が形成され、その中心部が山または谷の場合は、その両側に、その山または谷に近い側の斜面が遠い側に比べて緩やかな三角形状の山が形成された断面構造であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の裸眼立体映像表示装置。
【請求項４】
上記要素画像表示部はボリュームディスプレイを用いた表示装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の裸眼立体映像表示装置。
【請求項５】
上記要素画像の表示はホログラフィックディスプレイを用いた表示装置であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の裸眼立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、従来の粗インテグラルイメージングにおける問題であったレンズの継ぎ目について、それを目立たないようにした、裸眼立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズアレイを使った多視点裸眼立体映像表示法は、１９０８年にリップマンによって提案された古い技術で、インテグラルフォトグラフィ、あるいはインテグラルイメージングと呼ばれている。そのうち、レンズアレイを構成する要素レンズが比較的大きくすることで観察者から見たときに１つのレンズから複数の画素が観測され、ディスプレイ面から離れた場所に実像・虚像を結ぶものは粗インテグラルイメージングと呼ばれている。
【０００３】
さらに要素画像を表示する装置として、ディスプレイパネル部を多層化したボリュームディスプレイを用いるもの（特許文献１、特許文献２）は、粗インテグラルボリュームイメージングと呼ばれており、模式図を図８に示す。また、要素画像を表示する装置として、ホログラフィックディスプレイを用いるもの（非特許文献１）は、粗インテグラルホログラフィと呼ばれている。
【０００４】
従来の粗インテグラルイメージングには、要素レンズの継ぎ目での像の不連続性が目立って画質が低下するという問題があった。特にフレネルレンズを用いた場合について、図９（ａ）に側面図を、図９（ｂ）に上面図を示す。それを解決する方法として、図１０に示すように、結像位置付近に目の細かいフライアイレンズを挿入する方法（特許文献３）があるが、装置の厚みが増す、提示像が若干ぼけるという問題があった。そこで、本発明では、粗インテグラルイメージングにおいて、装置の厚みを増やさず、かつ提示像のぼけを抑えつつ、レンズの継ぎ目が目立たない立体像提示ができる裸眼立体映像表示装置を実現する。
【０００５】
本発明の実施例では、リニアフレネルレンズを用いるが、これは、レンチキュラーレンズの厚みを、フレネルレンズと同様に削減することによって、抑制したものである。
しかし、本発明では、複数のリニアフレネルレンズの従来にない配置を用いる。これは、例えばリニアフレネルレンズＡ、Ｂの並行配置において、ＡとＢとの間に、Ａ、Ｂ両特性の混じった入り会い領域を設けた配置であり、この配置は従来なかったものである。この入り会い領域は、レンチキュラーレンズでは設けることはできないが、リニアフレネルレンズでは可能である。
【０００６】
また、要素画像の前面に配置される要素レンズの境界において、隣り合う要素画像が混ぜ合わされるレンズアレイを上記の配置をもったリニアフレネルレンズで実現するが、このようなレンズアレイも従来なかったものである。より具体的には、例えば、要素レンズの境界で隣り合う２つのリニアフレネルレンズのプリズム角が交互に並んだ構造を持つリニアフレネルレンズアレイを２枚直交させて重ねたものを用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５１２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−３３８１９号公報
【特許文献３】特開２０１３−８００２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Quin Smithwick et al. “A coarse integral holographic display,” SID Symposium Digest of Technical Papers, 44(1), pp. 310-313, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
粗インテグラルイメージングにおいて、装置の厚みを増やさず、かつ提示像のぼけを抑えつつ、レンズの継ぎ目が目立たない立体像提示ができる立体映像表示装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の裸眼立体映像表示装置は、複数の要素画像を並べて表示する要素画像表示部と、複数の要素集光系領域で構成される集光系アレイ部と、を備え、上記集光系アレイ部を通してそれぞれの要素画像を観察者に提示する多視点型裸眼立体映像表示装置であって、
上記集光系アレイ部は、隣接する上記要素集光系領域の境界付近に、隣接する各要素集光系領域が部分的に混在する入り会い領域を備え、
隣接する複数の要素画像を上記入り会い領域を通じて上記観察者に提示するものである。
【００１１】
また、上記集光系アレイは、リニアフレネルレンズが周期的に並んだ構造を持つリニアフレネルレンズアレイを２枚直交させて重ねたものであって、上記要素レンズ領域は、直交するリニアフレネルレンズの重なり部分であり、上記入り会い領域は、隣接する上記リニアフレネルレンズで構成されるものである。
【００１２】
上記入り会い領域の断面構造は、上記入り会い領域の中心部に三角形状の左右対称な山あるいは谷が形成される。その中心部が山あるいは谷の場合は、その両側に、各々その山あるいは谷に近い側の斜面が遠い側に比べて緩やかな三角形状の山が形成された断面構造とする。
ただし、場合の三角形状の山の斜面は、リニアフレネルレンズの所定の部分を構成する曲面である。
上記入り会い領域の断面構造は、例えば、隣接する上記リニアフレネルレンズ端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの各山は尖端位置が一致し互いに背中合わせの向きで重なり合った領域を有する断面構造である。
または、上記入り会い領域の断面構造は、例えば、隣接する上記リニアフレネルレンズ端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの山が交互に並んだ配置をもった領域を有する断面構造である。
【００１３】
上記裸眼立体映像表示装置は、上記要素画像の表示をボリュームディスプレイで行う表示装置を備えるものである。
【００１４】
また、上記裸眼立体映像表示装置は、上記要素画像の表示をホログラフィックディスプレイで行う表示装置を備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明により、装置の厚みを増やさず、かつ提示像のぼけを抑えつつ、レンズの継ぎ目が目立たない立体像提示ができる裸眼立体映像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の裸眼立体映像表示装置の基本構成例を示す図である。
【図２】リニアフレネルレンズの断面を示し、（ａ）は左右対称の断面を、（ｂ）は、このリニアフレネルレンズを隣接して並べた場合、その接点においては、僅かな位置の違いで光線が左右に分かれることになる不連続性が生じることを示す図である。
【図３】リニアフレネルレンズアレイ部において、隣接する上記要素レンズ領域の境界付近に、隣接する各要素レンズ領域が部分的に混在する入り会い領域を備える構成を示す図で、（ａ）は側面図を、（ｂ）は上面図を示す。
【図４】入り会い領域の断面構造例を示す図で、（ａ）は、隣接する上記リニアフレネルレンズのそれぞれの端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの各山は尖端位置が一致し互いに背中合わせの向きで重なり合った入り会い領域を有する断面構造例を示し、（ｂ）は、隣接する上記リニアフレネルレンズのそれぞれの端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの山が交互に並んだ配置をもった入り会い領域を有する断面構造例を示す図である。
【図５】隣接するリニアフレネルレンズアレイの隣接部で、それぞれのリニアフレネルレンズアレイの両端外側の領域に、ゾーンプレート領域を設けた集光系の例を示す図である。
【図６】本発明に用いる集光系アレイを、ボリュームディスプレイを用いるボリュームインテグラルイメージング装置に適用して裸眼立体映像表示装置を構成した例を示す図である。
【図７】上記の集光系アレイを、ホログラフィックイメージング装置に適用して裸眼立体映像表示装置を構成した例を示す図である。
【図８】従来の粗インテグラルボリュームイメージング用の構成例を示す模式図である。
【図９】従来の粗インテグラルイメージングにおける、要素レンズの継ぎ目での像の不連続性が目立って画質が低下するという問題について、特にフレネルレンズを用いた場合を、（ａ）に側面図を、（ｂ）に上面図を示す。
【図１０】従来の粗インテグラルイメージングにおける、要素レンズの継ぎ目での像の不連続性が目立って画質が低下するという問題について、結像位置付近に目の細かいフライアイレンズを挿入する従来方法を示すための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００１８】
本発明の裸眼立体映像表示装置の基本構成例を図１に示す。この裸眼立体映像表示装置は、粗インテグラルイメージング方式のものである。表示制御器６で制御された表示面１に粗インテグラルイメージング用の画像が表示される。表示された画像は、集光系アレイ２で、それぞれの位置の観察者５用に選択され、大口径集光系３で像面４に結像される。この結像を観察者５が観察するものである。
【００１９】
上記表示面としては、例えば、通常のカラー画像の表示装置である液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル、プラズマ表示パネル、レーザー描画装置などを用いることができる。
この例の他にも、例えば、特許文献１の図１２から１６、特許文献２の図２または図３、特許文献３に開示された立体画像表示装置の構成を用いることができる。その他、一般に、多視点型の裸眼立体映像表示装置であって、複数の要素画像を並べて表示する表示面１とそれを制御する表示制御器６とを備える要素画像表示部と、複数の要素集光系領域からなるアレイを含む集光系アレイ部と、を備え、上記集光系アレイ部を通してそれぞれの要素画像を観察者に提示するものであれば、本発明の裸眼立体映像表示装置とすることができる。
【００２０】
この実施例では、要素集光系領域は、リニアフレネルレンズを縦横に重ねて使用し、その交点として実現する。アレイ状の要素レンズ領域は、複数のリニアフレネルレンズが縦方向に並行するリニアフレネルレンズ群と、それらが横方向に並行するリニアフレネルレンズ群との交点で実現するものである。
【００２１】
１つのリニアフレネルレンズの断面は、例えば、図２（ａ）に示すものであり、左右対称であるとする。左右が非対称の場合でも、特性状のばらつきが許容できる程度のものであれば使用することができる。このリニアフレネルレンズを２つ用意して左右に隣接して並べた場合、その接点（図２（ｂ）のＡ点）においては、レンチキュラーレンズの場合と同様に、僅かな位置の違いで光線が左右に分かれることになることで表示に不連続性が生じる。本発明の要点は、主に、この光学的不連続性を解消するないし抑制することにある。
【００２２】
そこで、図３に示すように、集光系アレイ２において、隣接する上記要素レンズ領域の境界付近に、隣接する各要素レンズ領域が部分的に混在する入り会い領域を備えた構成とする。図３は、このように上記入り会い領域を設けた場合を示す図で、（ａ）は側面図を、（ｂ）は上面図を示す。この入り会い領域は、隣接する複数の要素画像を共通の入り会い領域を通じて上記観察者に提示するものである。
【００２３】
上記入り会い領域の断面構造は、例えば、図４（ａ）に示すように、隣接する上記リニアフレネルレンズのそれぞれの端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの各山は尖端位置が一致し互いに背中合わせの向きで重なり合った領域を有する断面構造をもつようにする。
【００２４】
あるいは、上記境界領域の断面構造は、例えば、図４（ｂ）に示すように、隣接する上記リニアフレネルレンズのそれぞれの端部において、隣接する上記リニアフレネルレンズの山が交互に並んだ配置をもった領域を有する断面構造であるようにする。
【００２５】
図４（ａ）または（ｂ）に示す断面構造では、上記入り会い領域の中心部に三角形状の左右対称な山か谷が形成される。その中心部が山または谷の場合は、その両側に、その山または谷に近い側の斜面が遠い側に比べて緩やかな三角形状の山が形成される。
【００２６】
隣接する複数のリニアフレネルレンズについて、上記の図４（ａ）または（ｂ）に示す断面構造を含むような入り会い領域を設けることによって、本実施例で使用する２つのリニアフレネルレンズ群Ａ、Ｂを構成することができる。さらに、このリニアフレネルレンズ群Ａ、Ｂをほぼ直交するように重ねることによって、上記集光系アレイを構成することができる。
【００２７】
この集光系アレイを図１の集光系アレイとして用いることによって、要素レンズ間を通る光の光路が入り乱れてあいまいになるため、上記要素レンズ間の境界が目立たなくなる。
【実施例２】
【００２８】
隣接する複数の要素画像を上記観察者に提示するための入り会い領域は、上記の構造の他に、例えば、各リニアフレネルレンズアレイの両端外側の領域に、ゾーンプレート領域を設けた集光系を用いることでも実現することができる。
【００２９】
図５は、隣接するリニアフレネルレンズアレイの隣接部で、それぞれのリニアフレネルレンズアレイの両端外側の領域に、ゾーンプレート領域を設けた集光系の例を示す。図５のＡ、Ｂで示す領域は、隣接するリニアフレネルレンズアレイの右半分と左半分であり、その間に、光の透過領域である領域Ｃを設ける。また、領域Ｃの近く、所定数（例えば１つ）の山Ａ２、Ｂ２をおいて、領域Ｃより細い領域Ａ１、Ｂ１を設ける。図５の左側のリニアフレネルレンズアレイＡに付随するゾーンプレート領域の光透過部は領域Ｃと領域Ｂ１とで、遮光部はＢ２で形成される。同様に、右側のリニアフレネルレンズアレイＢに付随するゾーンプレート領域では、光透過部は領域Ｃと領域Ａ１とで、遮光部はＡ２で形成される。
【００３０】
ここで、ゾーンプレートの設計方法は既によく知られており、領域Ｃの幅および、領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の幅は、この設計方法に従って決めることが望ましい。
この構造の利点は、領域Ａ、Ｂの断面形状で重なり合う領域がないため、上記の実施例に比べて製造が容易になる点である。
【実施例３】
【００３１】
図６に示すように、上記の集光系アレイを、ボリュームディスプレイを用いるボリュームインテグラルイメージング装置の集光系アレイ２に適用することができる。図６に示す裸眼立体映像表示装置では、カラーパネル１枚Ｐｈとモノクロパネル２枚Ｐａ、Ｐｂを用いて、それぞれ像面Ｈ、Ａ、Ｂに結像させ、この結像を観察者５が観察するものである。集光系アレイ２と大口径集光系３で粗インテグラルイメージング装置の光学系を構成する。
【実施例４】
【００３２】
また、図７に示すように、上記の集光系アレイを、ホログラフィックイメージング装置の集光系アレイ２に適用して裸眼立体映像表示装置を構成することができる。この裸眼立体映像表示装置では、ホログラフィックディスプレイ上に要素ホログラムを表示する。集光系アレイ２では、観察者の視点によって異なる要素ホログラムから画素の選択を行い、大口径集光系３では、選択された画素から合成ホログラムを結像する。この結像を観察者５が観察するものである。このための集光系アレイ２に、上記の集光系アレイの例を適用することで、集光系の各要素の継ぎ目を目立たなくすることができる。
【００３３】
上記では、リニアフレネルレンズを例に説明したが、回転対称である通常のフレネルレンズを要素レンズとして格子条に並べ、その要素レンズ間で互いに隣接する領域に上記要素レンズの入り会い領域を設けることでも、上記と同様に集光系の継ぎ目を目立たないようにしたレンズアレイ部を形成することができる。この場合の入り会い領域としては、例えば、その断面構造が隣接する要素レンズの中心間を結ぶ線上では、上記リニアフレネルレンズの場合と同様な、互いの端部領域同士での重ね合わせとなるようにする。
【００３４】
また、集光系として、リニアフレネルレンズあるいはフレネルレンズを用いる代わりに、ゾーンプレートを要素レンズとして用いて、隣接するゾーンプレート間の端部同士で形成される入り会い領域を持った集光系アレイ部を形成することができる。この場合の隣接するゾーンプレートの中心間を結ぶ線上では、入り会い領域には、隣接するゾーンプレート双方の周期または規則性をもった領域を、光の透過領域と遮光領域によるパターンで形成する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
また、本発明の裸眼立体映像表示装置では、装置の厚み増加を抑えられるため、インパネに組み込む裸眼立体カーナビ用モニタとして利用し易くなるほか、携帯用の医療画像提示やゲーム用モニタとして利用し易くなる。
【符号の説明】
【００３６】
１  表示面
２  集光系アレイ
３  大口径集光系
４  結像面
５  観察者
６  表示制御器
【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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