JPH08334730A - 立体像再生装置 - Google Patents

立体像再生装置

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JPH08334730A
JPH08334730A JP7162933A JP16293395A JPH08334730A JP H08334730 A JPH08334730 A JP H08334730A JP 7162933 A JP7162933 A JP 7162933A JP 16293395 A JP16293395 A JP 16293395A JP H08334730 A JPH08334730 A JP H08334730A
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exit pupil
display
parallax image
apertures
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JP7162933A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Sudo
敏行 須藤
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Canon Inc
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クロストークが少なく逆立体視を発生させな
い、視差画像の分離の優れた、メガネなし３Ｄディスプ
レイ式の立体像再生装置を得ること。 【構成】 照明手段により複数の開口を水平方向に配列
した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応して設
けた複数のシリンドリカルレンズを並べて成るシリンド
リカルレンズアレイにより該複数の開口を有限距離に重
畳して第１の射出瞳として形成すると共に、該開口から
の光束により該シリンドリカルレンズアレイの近傍に設
置する空間光変調器に表示する視差画像を照明し、該視
差画像を別の視差画像に替えたときは、これに同期して
該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像が該第１
の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳として形
成するようにしたことを周期的に繰り返して該視差画像
を該第１、第２の射出瞳位置より観察している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は立体像再生装置に関し、
特に観察者が特殊なメガネを使用せずに良好な立体像を
観察できる立体像再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、特殊なメガネを用いずに立体像を
再生する所謂「メガネなし３Ｄディスプレイ」の方法と
して次のものが公知である。
【０００３】(1) レンチキュラレンズを用いる方法 図３７は指向性の強い表示面を用いるレンチキュラ方式
の説明図である。これは半円筒状のレンズを水平方向に
多数配列したレンチキュラレンズアレイの焦点面に、左
右眼に対応した画像を縦長の帯状に分割して交互に並べ
て配置し、観察者がレンチキュラレンズ板を通して画像
を観察するとレンチキュラレンズ板の指向特性に応じて
左眼と右眼に画像が分離されて立体視が得られる。
【０００４】(2) 大口径の凸レンズやシリンドリカルレ
ンズを用いる方法 特開平5-252539号公報においては指向性の強い表示面と
してレンチキュラレンズの代わりに大口径の凸レンズ或
はシリンドリカルレンズを用い、複数の視差画像を複数
の視点から観察できる立体像表示方法が開示されてい
る。
【０００５】図３８は、このうち凸レンズを用いた立体
像表示方法の説明図である。図３８(A) は複数の視差画
像を入力する方法の説明図である。この入力方法におい
てはa からb までの関心領域内に存在する立体物が小型
の凸レンズ群m1〜mn によって撮像面上に結像してい
る。即ち、立体物は第1 のレンズm1によって撮像面上の
a1からb1の領域に結像、第2 のレンズm2によって撮像面
上のa2からb2の領域に結像、...というように立体物は
第 n（n は自然数）のレンズmnによって撮像面上のanか
らbnの領域にそれぞれ独立に結像しており、それらを記
録することにより複数の視差画像の入力を行うことが出
来る。
【０００６】図３８(B) は上記の方法で得た視差画像を
用いて立体像を表示する方法を示している。上記の n枚
の視差画像をCRT 等の表示器上の同一平面上に並べて平
面画像として表示し、同様に同一平面上に並べた小型凸
レンズ群にて各々の視差画像を大型凸レンズの光学的実
効位置に結像させる。
【０００７】さらに、この大型凸レンズの焦点距離はf
であるが、大型凸レンズの光学的実効位置と小型凸レン
ズ群の光学的実効位置とは2f離れて設定しているため、
大型凸レンズをはさんで小型凸レンズ群とは反対の方向
に2f離れた位置に隣合って並ぶ小型凸レンズ群の瞳の
像、すなわち射出瞳が形成される。
【０００８】よって、観察者はこの射出瞳群の近傍より
大型凸レンズを観察すれば、眼の位置によって異なる視
差画像を観察することが可能となり、両眼でこの観察を
行えば立体視が得られる。
【０００９】(3)Travis 等の方法 上記同様凸レンズを用いて光の指向性を利用した方法と
して、Travis等が米国特許5,132,839 号明細書にて開示
した方法が公知である。
【００１０】図３９、４０はこの方法の説明図である。
図３９は単レンズ１枚を用いて立体像再生装置を構成し
た例である。図中１０１は単レンズである。１０２は空
間光変調器であり、２次元画像を表示する。１０４は２
次元画像表示デバイス、１０３はこの表示デバイスのス
クリーンである。１０５はスクリーン１０３上に形成さ
れるスポット状の発散光源で、スクリーン１０３上の任
意の位置に存在し得る。５は観察者の眼である。スクリ
ーン１０３は単レンズ１０１の焦点位置に設置されてい
るので、発散光源１０５より発散する光は単レンズ１０
１を通過した後は、平行光束１０６となる。
【００１１】発散光源１０５の位置はスクリーン１０３
上を高速で移動するので、その位置に応じて平行光束１
０６の出射する方向もまた、高速で変化する。そして空
間光変調器１０２上に表示される２次元画像は、上記平
行光束１０６によって照明されるため、平行光束１０６
の出射方向の時間的変化に応じて、２次元画像を観察で
きる位置は変化する。従って上記２次元画像が観察者の
右眼でしか観察されない時もあれば、観察者の左眼でし
か観察されない時もある。よって、空間光変調器１０２
上の画像を右眼でしか観察されない時は空間光変調器１
０２上に右眼用の視差画像を、左眼でしか観察されない
時は空間光変調器１０２上に左眼用の視差画像をと切り
替えて表示すれば、観察者は立体像を認識することがで
きる。
【００１２】図４０は図３９の単レンズ１０１の代わり
に、レンチキュラレンズアレイ１０８を用いて立体像再
生装置を構成したものである。スクリーン１０３をレン
チキュラレンズアレイ１０８の焦点位置に設置している
点は、図３９の構成と同様であるが、発散光源１０５が
レンチキュラレンズアレイ１０８の各要素レンズに一対
一に対応して複数存在している。それらはすべて各要素
レンズの光軸に対して同じ位置関係に設けており、光束
１０６がいづれも同一の方向の平行光束となって出射す
る関係を保ちながらスクリーン１０３上を高速で移動す
る。そのため、観察者側から見れば図３９の単レンズを
用いた構成と全く等価となり、空間光変調器１０２上の
画像を右眼でしか観察されない時は空間光変調器１０２
上に右眼用の視差画像を、左眼でしか観察されない時は
空間光変調器１０２上に左眼用の視差画像をと切り替え
て表示すれば、観察者は立体像を認識することができ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の「メガネな
し３Ｄディスプレイ」にはそれぞれ次のような問題点が
存在する。
【００１４】(1) レンチキュラレンズを用いる方法 この方法では視差画像を縦長の帯状に分割して配置する
ため、分割数の増加につれて一視点あたりの画像の解像
度は低下する。
【００１５】さらに、視差画像形成光の射出瞳はレンチ
キュラレンズ近傍となっているため、観察位置によって
は左右の眼に対応した画像の分離がされずにクロストー
クや逆立体視が発生するケースがある。
【００１６】同様の理由により、視点の移動と共にレン
ズと視差画像の対応関係がシフトするため画像の「と
び」が生じやすい。
【００１７】(2) 大口径の凸レンズやシリンドリカルレ
ンズを用いる方法 この場合には観察位置と凸レンズの大きさの関係から、
凸レンズの焦点距離は比較的長くなり、必然的に前記小
型凸レンズ群と凸レンズとの距離も長くなってしまうた
め、装置の奥行きが大きいものになってしまう。
【００１８】(3)Travis 等の方法 空間光変調器１０２を照明して出射する光束１０６は平
行光束であるため、空間光変調器１０２上の２次元画像
の幅と同等の幅を持った光束となっている。このため、
画像の幅が観察者の両眼間隔以上の場合、右眼と左眼の
両方に同一画像からの光束が入射する状況が生じやすく
なり、視差画像の分離が困難となり、立体視の効果が十
分得られない。
【００１９】また、図３９、４０からわかるように平行
光束で照明された空間光変調器１０２上の画像の周辺部
は一般に観察しにくくなる。画像の周辺部まで明るく見
えるようにするためには、画像表示面の近傍にフィール
ドレンズなどをおいて、観察者の眼の方向に光束１０６
が収束するような構成としなくてはならないが、上記従
来例ではそのような構成にはなされていない。
【００２０】本発明は、視差画像のクロストークが少な
く、逆立体視を発生させない、視差画像の分離の優れ
た、メガネなし３Ｄディスプレイが可能な、薄型の立体
像再生装置の提供を目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の立体像再生装置
は、 （１−１） 照明手段により複数の開口を水平方向に配
列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応して
設けた複数のシリンドリカルレンズを不透明の隔壁を介
して並べて成るシリンドリカルレンズアレイにより該複
数の開口を有限距離に重畳して第１の射出瞳として形成
すると共に、該開口からの光束により該シリンドリカル
レンズアレイの近傍に設置する表示用の空間光変調器に
表示する視差画像を照明し、該視差画像を別の視差画像
に替えたときは、これに同期して該複数の開口の位置を
変え、該複数の開口の像が該第１の射出瞳と異なる位置
に重畳して第２の射出瞳として形成するようにしたこと
を周期的に繰り返して、観察者に該視差画像を該第１、
第２の射出瞳位置より観察せしめること等を特徴として
いる。
【００２２】特に、 （１−１−１） 前記開口パターンは空間光変調器によ
って形成している。 （１−１−２） 前記視差画像を表示する表示面は前記
シリンドリカルレンズアレイの光学的主平面に一致して
いる。 こと等を特徴としている。
【００２３】更に、本発明の立体像再生装置は、 （１−２） 照明手段により複数の開口を水平方向に配
列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応して
設けた複数のシリンドリカルレンズを不透明の隔壁を介
して並べて成るシリンドリカルレンズアレイと水平方向
にのみ屈折力を有する１つのシリンドリカル凸レンズを
有する投影光学系により該複数の開口を有限距離に重畳
して第１の射出瞳として形成すると共に、該開口からの
光束により該シリンドリカルレンズアレイの近傍に設置
する表示用の空間光変調器に表示する視差画像を照明
し、該視差画像を別の視差画像に替えたときは、これに
同期して該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像
が該第１の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳
として形成するようにしたことを周期的に繰り返して、
観察者に該視差画像を該第１、第２の射出瞳位置より観
察せしめること等を特徴としている。
【００２４】特に、 （１−２−１） 前記開口パターンは空間光変調器によ
って形成している。 （１−２−２） 前記投影光学系は前記開口パターン側
より順に前記シリンドリカルレンズアレイ、前記シリン
ドリカル凸レンズの順に有しており、該開口パターンは
該シリンドリカルレンズアレイの焦点面にあり、個々の
シリンドリカルレンズに対応する開口は個々のシリンド
リカルレンズに対して相対的に同じ位置に位置してい
る。 （１−２−３） 前記視差画像を表示する表示面は前記
シリンドリカルレンズアレイ又は前記シリンドリカル凸
レンズの光学的主平面に一致している。 こと等を特徴としている。
【００２５】更に、本発明の立体像再生装置は、 （１−３） 照明手段により複数の開口を２次元的に配
列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応して
設けた複数の要素レンズを不透明の隔壁を介して並べて
成る蠅の眼レンズアレイにより該複数の開口を有限距離
に重畳して第１の射出瞳として形成すると共に、該開口
からの光束により該蠅の眼レンズアレイの近傍に設置す
る表示用の空間光変調器に表示する視差画像を照明し、
該視差画像を別の視差画像に替えたときは、これに同期
して該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像が該
第１の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳とし
て形成するようにしたことを周期的に繰り返して、観察
者に該視差画像を該第１、第２の射出瞳位置より観察せ
しめること等を特徴としている。
【００２６】特に、 （１−３−１） 前記開口パターンは空間光変調器によ
って形成している。 （１−３−２） 前記開口の像は水平方向の幅が50mm以
下である。 （１−３−３） 前記複数の開口が周期的に位置を変
え、再び元の位置に開口を形成するまでの時間が1/30秒
以内である。 こと等を特徴としている。
【００２７】更に、本発明の立体像再生装置は、 （１−４） 照明手段により開口の位置が可変の開口用
の空間光変調手段に形成する開口を照明し、複数のシリ
ンドリカルレンズを水平方向に並べて成るシリンドリカ
ルレンズアレイにより該開口を有限距離に第１の射出瞳
として結像すると共に、該シリンドリカルレンズアレイ
の近傍に該複数のシリンドリカルレンズに対応する複数
の表示領域を有する表示用の空間光変調手段を設置し、
該表示領域の１つに表示した第１の視差画像の一部を該
開口からの光束で該表示領域に対応するシリンドリカル
レンズを介して照明し、該開口の位置を変えると共に第
１の視差画像の一部を表示した表示領域に第２の視差画
像の一部を表示し、該第２の視差画像の一部を該開口か
らの光束で該表示領域に対応するシリンドリカルレンズ
を介して照明し、該開口を該シリンドリカルレンズによ
り該第１の射出瞳と異なる位置に第２の射出瞳として結
像して、観察者に該第１、第２の視差画像を該第１、第
２の射出瞳位置で観察せしめることを該表示領域を順次
変えて該複数の表示領域について行って該第１の視差画
像と該第２の視差画像を表示している。 （１−５） 照明手段により開口の位置が可変の開口用
の空間光変調手段に形成する開口を照明し、複数の要素
レンズを２次元的に並べて成る蠅の眼レンズアレイによ
り該開口を有限距離に第１の射出瞳として結像すると共
に、該蠅の眼レンズアレイの近傍に該複数の要素レンズ
に対応する複数の表示領域を有する表示用の空間光変調
手段を設置し、該表示領域の１つに表示した第１の視差
画像の一部を該開口からの光束で該表示領域に対応する
要素レンズを介して照明し、該開口の位置を変えると共
に第１の視差画像の一部を表示した表示領域に第２の視
差画像の一部を表示し、該第２の視差画像の一部を該開
口からの光束で該表示領域に対応する要素レンズを介し
て照明し、該開口を該要素レンズにより該第１の射出瞳
と異なる位置に第２の射出瞳として結像して、観察者に
該第１、第２の視差画像を該第１、第２の射出瞳位置で
観察せしめることを該表示領域を順次変えて該複数の表
示領域について行って該第１の視差画像と該第２の視差
画像を表示している。こと等を特徴としている。
【００２８】特に、 （１−５−１） 前記開口の像は水平方向の幅が50mm以
下である。 （１−５−２） 前記第１の視差画像と第２の視差画像
すべてを表示する所要時間が1/30秒以内である。 こと等を特徴としている。
【００２９】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部斜視図であ
る。又、図３は本実施例の要部概略図であり、本実施例
を鉛直上方から見た図である。
【００３０】図中、SLM1は第１の空間光変調器（表示用
の空間光変調器、以下空間光変調器をSLM と称する）で
ある。本実施例ではSLM として液晶ディスプレイ（以下
LCDと称する）を使用している。２はシリンドリカルレ
ンズアレイであり、円筒状のシリンドリカルレンズを全
面に不透明の仕切り板（隔壁）９を介して水平方向に並
べて配置している。SLM2は第２の空間光変調器（開口用
の空間光変調器）であり、LCD で構成し、その表示面に
開口パターンを形成する。４はSLM 用バックライト（照
明手段）である。
【００３１】第１、第２の空間光変調器SLM1，SLM2は特
にLCD である必要はないが、２次元的な広い範囲の光変
調作用を有し、かつ透過型であることが望ましい。本実
施例ではSLM1、SLM2は共に透過型のLCD を使用してい
る。
【００３２】SLM1は一般的な画像表示用ドットマトリク
ス型LCD とカラーフィルターとを有しており、カラー動
画像の再生が可能である。SLM2は照明光の照明範囲を制
御するのでカラー画像を再生するLCD である必要はな
い。本実施例では装置の簡略化のため、SLM2にはマトリ
クス構造の電極を持つLCD ではなく、図２に示す縦長の
セグメント電極１１を多数並列配置しているモノクロの
LCD を用いている。本実施例ではSLM2として応答速度の
速い強誘電性液晶（FLC)を用いている。これは本実施例
では多量の立体画像情報を処理（表示）するために、SL
M2の時間応答性の速さが要求されるからである。
【００３３】５は観察者の両眼で、SLM1に対向する方向
から本装置を観察する。１０はドライブ装置であり、SL
M1、SLM2に表示する画像の生成およびSLM 、バックライ
トの駆動、電流の供給等を行う。
【００３４】以上の構成により立体像を再生する作用を
説明する。図３は立体像再生中のある瞬間の状態を示し
ている。図中６R はこの瞬間にSLM1上に表示されている
ステレオペアの内の右の視差画像（表示画像）、７はSL
M2上に表示する開口パターンである。開口パターン７は
正面からみると図４に示すように光を透過する縦長の開
口８i とそれ以外の光遮断部とからなっている。
【００３５】開口８i の位置は時間的に変化するが、存
在し得る位置についてはあらかじめ定められている。従
って、前記のセグメント電極は開口８i の形状、大き
さ、形成する位置に応じて形成している。
【００３６】バックライト４より発する光は、SLM2上の
開口パターン７を照射し、開口パターン７の開口８R,i
を通過した光のみがシリンドリカルレンズアレイ２を介
してSLM1上の表示画像６R を照明する。そしてこのと
き、シリンドリカルレンズアレイ２の光学的パワーによ
り照明光束は図３の紙面内で指向性を持った光束とな
る。本実施例の場合、各シリンドリカルレンズによっ
て、開口パターン７が表示される面P1は有限距離の観察
位置付近の面P2に結像するように構成しており、さらに
図に示すように各開口８R,i はすべて面P2上の同じ位置
に同じ大きさで重畳する像８R'を結像するように構成し
ている。つまり８R'はこのときの各シリンドリカルレン
ズの射出瞳（第１の射出瞳）となっている。
【００３７】開口８R,i を通過した光束はすべて射出瞳
８R'を通過するが、開口８R,i を通過した光束はすべて
SLM1を照明しているので、射出瞳８R'を通してSLM1を観
察すると表示画像（右画像）６R の全領域を観察するこ
とができる。ただし、射出瞳８R'の水平方向の大きさは
観察者の両眼間隔より小さく、例えば50mmに設定してい
るので、この瞬間には図に示すように観察者の右眼５R
でしか表示画像６R は観察できない。
【００３８】なお、本実施例では隣合うシリンドリカル
レンズの境界には仕切板９を設けているので、各シリン
ドリカルレンズと開口８R,i はそれぞれ一対一に対応し
ており、この瞬間に射出瞳８R'が複数存在することはな
い。
【００３９】図５は図３の状態から時間ｔだけ経過した
後の実施例１の要部概略図である。このとき、SLM1上に
表示する表示画像はステレオペアの内の左の視差画像に
変え、表示画像６L として表示している。そして同時に
開口パターン７中の開口８iはそれぞれ開口８L,i の位
置に変わり、各開口８L,i はすべて面P2上で射出瞳８R'
と異なる位置に同じ大きさで重畳する像８L'を結像す
る。つまり像８L'はこのときの各シリンドリカルレンズ
の射出瞳（第２の射出瞳）となっている。このとき観察
者の左眼５L は射出瞳８L'の範囲に位置し、観察者は左
眼５L でしか表示画像６L を観察することができない。
なお、開口８L,i は開口８R,i に隣接する位置に形成し
ている。
【００４０】そして、本実施例では図３の状態と図５の
状態を人間の眼の残像許容時間te（約1/30秒）以下の周
期で高速に切り替えている。これによって観察者は射出
瞳８R'←→８L'の移動を認識することができない。この
ため、観察者はあたかも両眼間隔以上の幅を持つ大きな
射出瞳（８R'＋８L'）を通して表示画像６R と６L （ス
テレオペア）を観察しているように感じ、立体像を認識
することができる。
【００４１】ここで、上記のようにシリンドリカルレン
ズアレイ２中のすべてのシリンドリカルレンズから出射
する光束が１つの射出瞳を通るように構成する条件につ
いて説明する。この条件は各シリンドリカルレンズとそ
れに対応する開口８i の相対的位置関係で決まる。
【００４２】図６は各シリンドリカルレンズの光軸に対
する各開口８i の相対的位置がすべて同じ場合に、射出
瞳８k'が形成される位置を示している（ただし、シリン
ドリカルレンズアレイ２と開口８i および射出瞳８k'の
関係を明らかにするため、装置を構成する部品のうち関
係のないものは省略してある。）。
【００４３】図中の各開口８1 〜８4 はそれぞれ別々の
射出瞳８1'〜８4'となって結像する。このとき、シリン
ドリカルレンズアレイ２中のあるシリンドリカルレンズ
とそのとなりのシリンドリカルレンズとの光軸間距離
（レンズピッチ）をΔ' とすると、それぞれの射出瞳の
中心間距離もまたΔ' となる。もしも、開口８1 の像で
ある射出瞳８1'を開口８2 の像である射出瞳８2'に一致
させたい場合は、射出瞳８1'をΔ' だけ図中下方へ移動
させなければならない。このシリンドリカルレンズアレ
イ２による開口８i →射出瞳８k'の結像倍率をβとする
と、射出瞳８1'を射出瞳８2'に一致させる為には開口８
1 を図７に示すように、元の位置８1aよりΔ＝Δ'/βだ
け図中上方へ移動して８1bに開口を形成すればよい。こ
のような修正をすべての開口について行えば、すべての
シリンドリカルレンズから出射する光束が１つの射出瞳
を通るように構成することができる。
【００４４】さらに、射出瞳を第１の射出瞳から第２の
射出瞳に移動する場合は、すべての開口８i について上
記の手順で修正を行えば、やはりすべてのシリンドリカ
ルレンズからの出射光束を１つの射出瞳即ち第２の射出
瞳に通すよう構成できる。
【００４５】なお、実施例１においては表示画像６を表
示する表示面はシリンドリカルレンズアレイ２の主平面
に略一致することが望ましい。２つの面が大きく離れる
と、シリンドリカルレンズアレイ２の光学的パワーによ
り表示画像６が各シリンドリカルレンズに対応する領域
毎に独立に拡大または縮小されてしまい、本来１枚の画
像であるべき表示画像６がバラバラに分割された表示と
なってしまうので、上記２つの面を略一致させ、シリン
ドリカルレンズアレイ２の光学的パワーの影響を受けな
いようにする。
【００４６】次に、上記ステレオペアを得る方法を図８
を用いて説明する。図８は立体物Ｘを２台のカメラCR、
CLで撮像する様子を表している。図中には再生時の表示
画像６と射出瞳８R'、８L'の位置関係を重畳して示して
いる。OR,OL はそれぞれ表示画像６の中心OCと射出瞳８
R'、８L'の中心を通る軸である。カメラCR、CLの入射瞳
中心CPR 、CPL は常にそれぞれ軸OR,OL 上にあり、かつ
立体物の中心OCから等距離となっている。
【００４７】本来ならば、観察時の射出瞳８R'と８L'の
位置に合わせて２台のカメラを図８(B) の状態に設定す
るのが最も自然であるが、図８(A) 、(C) の状態のよう
に若干前後しても上記の条件を満たしていれば問題はな
い。ただし、射出瞳８R'、８L'の位置に両眼をおいて立
体物Ｘを観察するときと、同じ条件で表示画像６を見た
ときの画像の倍率（見た目の大きさ）に著しい差異が生
じると、両眼視差量が不自然になり見にくい立体像とな
る恐れがあるため、カメラの焦点距離を適切に選択して
立体像が自然に見えるようにする。
【００４８】なお、上記ステレオペアは必ずしもカメラ
にて撮像する実画像である必要はない。コンピューター
を用いて、任意の３次元物体をあたかも上記の配置の２
台のカメラにて撮像したような画像を生成することによ
りステレオペアを得て、本実施例で再生することもでき
る。
【００４９】実施例１の効果を説明する。本実施例は従
来のレンチキュラ方式と異なって左右の視差画像を観察
する光束の射出瞳が観察者近傍に分かれてあるため、そ
れぞれの光束が効率よく分離され、クロストーク、逆立
体視、画像の「とび」が発生しにくくなる。また、視差
画像表示時に従来のレンチキュラレンズを用いる方法の
ような画像の面積分割表示を行わないため、一視点あた
りの画像の解像度低下がない。
【００５０】また、Travis等の方法と違い、画像形成光
（照明光）が観察者の眼の方向に収束する構成となって
いるため、左右画像の分離が確実になされ、かつ周辺部
まで明るい画像を観察することができる。
【００５１】さらに、本実施例は大凸レンズ方式と異な
ってシリンドリカルレンズの焦点距離を短くできるの
で、装置の薄型化が達成できる。この効果はレンズアレ
イを構成するシリンドリカルレンズの個数に比例する。
図９を用いてその理由を説明する。
【００５２】図９(A) に示す構成は所謂大凸レンズ方式
に相当するもので、シリンドリカルレンズアレイの代わ
りに１個の凸レンズL を置いている。この場合、凸レン
ズLの径はSLM1の大きさと同程度になり、必然的に焦点
距離も長くなるため表示装置の奥行きが必要となる。
【００５３】しかし、図９(B) に示すように２個のレン
ズアレイL2を用いるとレンズ１個あたりの焦点距離が短
くなるため、同じ条件の射出瞳を結像するのに装置の奥
行きは約半分で済む。さらに、図９(C) に示すように４
個のレンズアレイL4を用いると、同様に装置の奥行きは
図９(B) の場合の約半分、図９(A) の場合の約４分の１
で済むことになる。
【００５４】このように、レンズアレイがｎ個のレンズ
で構成されているとすると、装置の奥行きはレンズアレ
イの代わりに大凸レンズ１枚を用いた場合に比べて約ｎ
分の１とすることができる。
【００５５】図１０〜１５は実施例１の派生例の要部概
略図である。本派生例は実施例１の射出瞳の形成範囲８
R'と８L'の夫々の範囲に幅の狭い射出瞳を３個形成し、
より多くの視差画像を入力することにより、より多視点
からの視差画像観察が出来るようにしたものである。
【００５６】これらの図は本派生例の時間的経過に応じ
てその要部を図示している。図１０はその第１の状態を
示している。第１の状態においては表示画像として第１
の視差画像６1 を表示し、この時、第１の射出瞳８1'を
図中の位置に形成する。これは例えば、実施例１の射出
瞳８R'を水平方向に３等分した最も外側の領域にあたる
（以下、ここでは前記射出瞳８' を３等分した場合につ
いて説明を行うが、これに限られるものではない。）。
【００５７】図１１は第２の状態を示している。第２の
状態においては表示画像として第２の視差画像６2 を表
示し、この時、第２の射出瞳８2'を図中の位置に形成す
る。これは実施例１の射出瞳８R'を水平方向に３等分し
た真ん中の領域にあたる。
【００５８】図１２は第３の状態を示している。第３の
状態においては表示画像として第３の視差画像６3 を表
示し、この時、第３の射出瞳８3'を図中の位置に形成す
る。これは実施例１の射出瞳８R'を水平方向に３等分し
た最も左寄りの領域にあたる。 図１３は第４の状態を
示している。第４の状態においては表示画像として第４
の視差画像６4 を表示し、この時、第４の射出瞳８4'を
図中の位置に形成する。これは実施例１の射出瞳８L'を
水平方向に３等分した最も右寄りの領域にあたる。
【００５９】図１４は第５の状態を示している。第５の
状態においては表示画像として第５の視差画像６5 を表
示し、この時、第５の射出瞳８5'を図中の位置に形成す
る。これは実施例１の射出瞳８L'を水平方向に３等分し
た真ん中の領域にあたる。
【００６０】図１５は第６の状態を示している。第６の
状態においては表示画像として第６の視差画像６6 を表
示し、この時、第６の射出瞳８6'を図中の位置に形成す
る。これは実施例１の射出瞳８L'を水平方向に３等分し
た最も外側の領域にあたる。
【００６１】光学的な結像関係より各状態でのSLM2上の
開口パターン中の各開口８i,j の大きさもまた、実施例
１の時の1/3 となっている。そして、開口８i+1,j は開
口８i,j に隣接する位置に形成している。
【００６２】第１の状態〜第６の状態は人間の眼の残像
許容時間te（約1/30秒）以下の周期で高速に切り替わっ
ており、観察者は射出瞳８k'の移動を認識することがで
きない。このため、観察者はあたかも両眼間隔以上の幅
を持つ大きな瞳を通して表示画像６を観察しているよう
に感じる。
【００６３】本実施例においては、以上のように各射出
瞳８1'〜８6'の位置に対応した視差画像６1 〜６6 を用
意し、各状態にあわせてSLM1上の表示画像を順次高速に
切り替えて表示している。これにより観察者は射出瞳８
1'〜８6'の夫々において視差のある別々の画像を両眼で
観察することになるので、立体像を認識することができ
る。
【００６４】図１６はそれらの視差画像６1 〜６6 を得
る方法の説明図である。図８の場合と同様に立体物Ｘを
複数のカメラで撮像するが、カメラの台数はC1〜C6 の
６台に増えている。図中に再生時の表示画像６i 及び射
出瞳８k'の位置関係を重畳して示してある。O1〜O6 は
それぞれ表示画像６i の中心OCと射出瞳８k'の中心を通
る軸である。カメラC1〜C6 の入射瞳中心Cp1〜Cp6 は、
常にそれぞれ軸O1〜O6上にあり、かつ立体物Ｘの中心OC
から等距離となっている。観察時の立体像の自然さを損
なわないカメラ配置・焦点距離等についてはカメラが２
台の場合に準ずる。各カメラC1〜C6 で撮像した６つの
視差画像がそれぞれ表示画像６1 〜６6となる。 この
様に視差画像６枚を使用して６通りの射出瞳位置に対応
する画像を表示する本実施例では、視差画像２枚を使用
して２通りの射出瞳位置に対応する立体像を再生する実
施例１よりも、実在感の高い立体像再生が可能となる。
【００６５】例えば、射出瞳が８R'と８L'の２通りの位
置にしか存在しない場合は、観察者の右眼が８R'の水平
方向の範囲内で水平方向に移動しても、観察される表示
画像６は変化しなかった。しかし、本派生例のように射
出瞳の存在位置が６通りもある構成の場合は、射出瞳８
1'〜８3'の範囲内で眼が水平方向に移動する間に、３枚
の視差画像が順番に切り替わって観察される。射出瞳８
4'〜８6'の範囲内でも、同様に３枚の視差画像が順番に
切り替わる。本来、立体物を観察しながら視点を移動す
る場合は、その移動量に応じた画像の変化（単眼視差）
が連続的に生じるはずであるから、前者よりも本実施例
の方がより実際の立体物観察に近い状況を生み出せるこ
とになる。
【００６６】このように射出瞳の存在位置（射出瞳総
数）がより多い方が実際の立体物観察に近い状況を生み
出せるが、SLM1にて単位時間あたりに表示すべき画像枚
数が増加し、SLM2のセグメント電極数も増加することか
ら、SLM の性能やコストに応じて現実的な射出瞳総数を
選択する。
【００６７】ただし、SLM1、SLM2共に、空間光変調領域
を分割して並列駆動すれば分割数に応じた空間光変調の
高速化が図れる場合がある。例えば、 STN型液晶やFLC
等はマトリクス型の表示素子として使用する場合、表示
する画素数（走査線数）と１画面の画像表示速度がほぼ
比例する。よって図１７に示すように１つの画面全部を
ｘ方向の画素データとｙ方向の画素データを制御する１
組のドライバx0、y0で駆動する時に１画面あたり s秒か
かったとすると、図１８に示すように画面を２つの領域
D1とD2に分割し、領域D1をドライバx1とy1で、領域D2を
ドライバx2とy2で並列駆動すると、１画面あたりの画像
表示速度がs/2 秒で済む。
【００６８】本派生例においても、シリンドリカルレン
ズアレイ２の個々のレンズで区切られる領域毎にSLM1や
SLM2を並列駆動する構成にしているため、画像表示や開
口の移動をより高速に行い、射出瞳総数の多い、つま
り、より実際の立体物観察に近い状況を生み出すことが
可能となっている。
【００６９】なお、開口８i 、射出瞳８k'、シリンドリ
カルレンズアレイ２のレンズピッチは全て一定である必
要は無い。一個の射出瞳８k'に対し、対応する開口８
i 、シリンドリカルレンズアレイ２は複数存在し、それ
ぞれの相対的位置は異なっている。さらに射出瞳８k'は
時間的に変化していくから、それに追従する必要があ
る。よって、射出瞳８k'の存在すべき場所に応じて、対
応する開口８i 、シリンドリカルレンズアレイ２のレン
ズピッチを変えることで、複数の開口８i の像である射
出瞳８k'を同一の位置に結像しやすく設定することがで
きる。例えば、図１９に示すようにシリンドリカルレン
ズアレイ２の個々のシリンドリカルレンズの幅を不等間
隔としたり、図２０に示すように射出瞳８k'をその存在
する位置毎に幅を変えて設定して上記の目的を達成する
こともできる。
【００７０】図２１は実施例１の派生例の要部概略図で
ある。本派生例は実施例１のシリンドリカルレンズアレ
イ２とSLM1の位置関係を入れ換えたものである。本派生
例は実施例１の仕切板９をSLM1の背面側に残したままシ
リンドリカルレンズアレイ２をSLM1の前面に配置する構
成であるが、出射光束の指向性は実施例１と同様である
ので、観察者からみればこの構成でも実施例１と全く等
価な装置となる。
【００７１】ただこのとき、シリンドリカルレンズアレ
イ２の主平面と表示画像６とが大きく離れると、シリン
ドリカルレンズアレイ２の光学的パワーにより表示画像
６が各分割領域毎に独立に拡大または縮小されてしま
い、本来１枚の画像であるべき表示画像６がバラバラに
分割された表示となってしまうので、これを防ぐために
表示画像６を表示する表示面の位置をシリンドリカルレ
ンズアレイ２の主平面とほぼ一致させ、シリンドリカル
レンズアレイ２の光学的パワーの影響を受けないような
構成とすることが望ましい。
【００７２】図２２は実施例１の派生例の要部概略図で
ある。本派生例は観察者の観察位置に応じて、シリンド
リカルレンズアレイ２とSLM2との間隔を変化させて、射
出瞳８k'を形成する面P2の位置を変化する実施例１の派
生例である。
【００７３】具体的には図に示すように実施例１をSLM2
とシリンドリカルレンズアレイ２との境界で分割し、ど
ちらかの側に１軸方向の移動が可能なステージ１２を取
付け、観察者の位置に応じて、シリンドリカルレンズア
レイ２とSLM2の間隔を変化する。このとき、観察者の観
察位置は自動検出カメラシステム（観察距離検出手段）
１３によって自動的に検出し、その位置に追従して適宜
ステージの駆動を行って、射出瞳の形成される平面P2を
移動する。これによって常に観察者の位置する所に射出
瞳が形成されるので最良に分離された視差像を観察する
ことができる。以上のように、実施例１及びその派生例
は視差画像である表示画像６の切り替えと同期して射出
瞳８k'の形成位置を変化させることで立体像の観察を可
能にしている。
【００７４】なお、本装置を場合に応じて従来のディス
プレイのごとく２次元画像の表示装置として使用するこ
とにはまったく問題はない。その場合はSLM2上で形成す
る開口８i の大きさを最大限にし、（つまりSLM2を「全
透過」の状態にして）SLM1上には従来通りの２次元画像
を表示すれば、本実施例にて２次元画像の表示も行え
る。なおこのとき、立体像再生時に比してバックライト
照明の利用効率が大幅に増加するため、観察者がその差
異を感じないようにバックライトを減光したり、SLM2の
透過率を調整したりして、「明るさ合わせ」を行っても
良い。
【００７５】また、前述したようにSLM2は図２に示すよ
うな縦長のセグメント電極を持つ構成としたが、マトリ
クス構造の電極構成のSLM2にすれば、図２３に示すよう
に一つの画面の任意の領域を２次元画像再生領域（２Ｄ
領域）と３次元画像再生領域（３Ｄ領域）とに分割する
ことができる（縦長のセグメント電極構成のSLM2でも２
次元画像と３次元画像を混在させて表示することは可能
であるが、各領域を縦に分割することはできない。）。
【００７６】図２４は本発明の実施例２の要部概略図で
ある。実施例１ではシリンドリカルレンズアレイ２中の
すべてのシリンドリカルレンズからの出射光束が１つの
射出瞳を通過するよう各開口８i の位置を調整する必要
があった。本実施例はこの各開口の存在すべき位置条件
を単純化する構成を有している。本実施例は実施例１の
SLM1とシリンドリカルレンズアレイ２の間にシリンドリ
カル凸レンズを設置した構成となっている。
【００７７】図中、１４は水平方向のみが焦点距離ｆの
屈折力を持つシリンドリカル凸レンズであり、SLM1とシ
リンドリカルレンズアレイ２との間に設置してSLM1の全
領域をカバーしている。なお、焦点距離ｆはシリンドリ
カル凸レンズ１４から射出瞳形成面P2までの距離であ
る。本実施例は更に、SLM2の表示面、即ち開口パターン
７をシリンドリカルレンズアレイ２の焦点位置に設置し
ている点が本実施例の特徴である。その他の構成は実施
例１と同じである。なお、シリンドリカルレンズアレイ
２とシリンドリカル凸レンズ１４は投影光学系の一要素
を構成している。
【００７８】図２５を用いて本実施例の投影光学系と開
口８i 、射出瞳８' の関係を説明する。なお、この図で
は光学系に関係のない部品を省略している。図２５にお
いて、各開口８i は各々に対応するシリンドリカルレン
ズの光軸上の焦点に位置している。よって、各開口の中
心からの光束はもしもシリンドリカル凸レンズ１４がな
ければ、図中実線で示すようにすべてのレンズからの出
射光は同じ方向への平行光となって出射する。
【００７９】本実施例の投影光学系は、上記の状態にシ
リンドリカル凸レンズ１４を挿入するのと等価であるか
ら、実際には図中点線で示すようにシリンドリカル凸レ
ンズ１４の焦点距離ｆだけ離れた位置に射出瞳８' が形
成されることになる。
【００８０】この結像関係は、各開口８i が各々に対応
するレンズの光軸上に位置している場合に限らない。図
２６に示すように各開口８i が各々に対応するレンズの
光軸との相対的位置関係を同じに保ったまま移動した場
合、もしもシリンドリカル凸レンズ１４がなければ、図
中実線で示すようにすべてのレンズからの出射光は斜め
方向への平行光となって出射するが、実際にはシリンド
リカル凸レンズ１４の作用により図中点線で示すよう
に、シリンドリカル凸レンズ１４の焦点距離ｆだけ離
れ、かつ図２５の場合よりも紙面下寄りの位置に射出瞳
８' が形成されることになる。
【００８１】このように本実施例は投影光学系の近傍に
SLM1を設け、開口パターンをシリンドリカルレンズアレ
イ２の焦点面に設けることにより、各開口８i の間隔を
等しくしたままその位置を全体的にシフトするだけで、
共通の射出瞳８' の形成およびその移動を達成すること
ができる。
【００８２】なお、本実施例ではシリンドリカル凸レン
ズ１４の主平面と表示画像６とが離れすぎると、レンズ
の光学的パワーにより表示画像６が拡大または縮小され
不自然な画像となってしまうので、これを防ぐために表
示画像６の位置をシリンドリカル凸レンズ１４の主平面
とほぼ一致させ、シリンドリカル凸レンズ１４の光学的
パワーの影響を受けないような構成としておく。
【００８３】図２７は実施例２の派生例の要部概略図で
ある。シリンドリカル凸レンズ１４は実施例２の位置に
配置するのが望ましいが、SLM1とレンズアレイ２との間
に挿入するのが困難な場合は同図に示すようにSLM1の前
面側に配置する、即ちSLM1を投影光学系の中に配置して
もよい。なお、本派生例でも実施例２と同様な理由から
シリンドリカル凸レンズ１４の主平面と表示画像６の位
置をほぼ一致させ、シリンドリカル凸レンズ１４の光学
的パワーの影響を受けないような構成としておく。
【００８４】又、開口８i 、表示画像６に対する光学的
作用さえ図２５や図２７の場合と等しい状態に保ってい
れば、投影光学系の各構成要素及びSLM1を図２８に示す
ように観察者側からシリンドリカルレンズアレイ２、SL
M1、シリンドリカル凸レンズ１４、の順で配置したり、
図２９に示すように観察者側からSLM1、シリンドリカル
レンズアレイ２、シリンドリカル凸レンズ１４、の順で
配置して構成してもよい。
【００８５】また、図３０に示すようにシリンドリカル
レンズアレイ２とシリンドリカル凸レンズ１４を、同等
の結像作用を有する１枚の変形シリンドリカルレンズア
レイ１５で置き換えることも出来、このようにすれば本
実施例の効果を損ねずに構成をより単純にできる。
【００８６】図３１は本発明の実施例３の要部概略図で
ある。実施例１、２の場合、水平方向の視差のみで立体
像再生を行っていたが、本実施例では上下方向の視差情
報をも含む立体像再生装置の実施例である。本実施例で
は実施例１、２のうちのシリンドリカルレンズアレイ２
を蝿の眼レンズアレイ２２に置き換え、SLM2（開口用の
空間光変調器）をマトリクス構造の電極構成にしたもの
である。その他の部分の構成は同じである。
【００８７】蝿の眼レンズアレイとは、図３２に示すよ
うに複数（ｍ×ｎ）の軸対称型の要素レンズ（フレネル
レンズ、非球面レンズ、偏心レンズ含む）を不透明の仕
切り板（隔壁）を介して１つの平面上に隙間無く並べて
配置したものである。シリンドリカルレンズアレイを蝿
の眼レンズアレイ２２に置き換える目的は、実施例１、
２では射出瞳８k'が水平方向にのみ分かれて形成されて
いたのを、上下方向にも分かれて形成する為である。
【００８８】つまり、開口パターン７を表示する面P1を
観察位置付近の面P2に結像する点では実施例１、２と同
様であるが、蠅の眼レンズアレイ２２のパワーが上下方
向にもあるため各開口８i,j が上に移動すれば射出瞳８
p,q'は下に、各開口８i,j が下に移動すれば射出瞳８
p,q'は上に移動する。そして開口８i,j 及び射出瞳８p,
q'の形状も縦長ではなく縦横の長さが同程度の長方形と
している。
【００８９】従って開口８i,j は蠅の眼レンズアレイ２
２を構成する要素レンズの数だけ、即ちｍ×ｎ個存在す
る。ただし、SLM1に表示する表示画像６を介して面P2上
に結像する各開口８i,j の像はすべて同じ位置に同じ大
きさの８p,q'に重畳して結像するよう各開口８i,j の位
置・大きさを設定しているのは実施例１、２と同様であ
る。
【００９０】さらに本実施例においては、図３１に示す
射出瞳８1、1 〜８3、3'は、人間の眼の残像許容時間t
e（約1/30秒）以下のうちに上下左右に移動し、２次元
的な一定領域８’をスキャンする。このため、観察者は
あたかも上下左右に広い射出瞳８’を通して表示画像６
を観察しているように認識する。
【００９１】上記の構成によれば、実施例１、２に示し
たように水平方向に視差のある視差画像を用いた立体像
再生だけでなく、上下方向に視差のある視差画像を用い
た立体像再生が可能となる。本実施例は図３１に示すよ
うに、射出瞳を形成する位置は８1,1'〜８3,3'の９通り
であり、これらが全体で射出瞳８’を構成する。この場
合、表示画像としてはあらかじめ６1、1 〜６3、3 の９枚
の視差画像を用意し、各状態にあわせてSLM1上に順次高
速に切り替えて表示する。これにより観察者の両眼は射
出瞳８' 中で左右上下に動いても視差のある別々の表示
画像を観察することになるので、より立体感の自然な立
体像を認識することができる。
【００９２】図３３はそれらの表示画像６1、1 〜６3、3
を得る方法の説明図である。この場合図８、１６同様、
立体物Ｘを複数のカメラで撮像するが、カメラは２次元
的に９台配置する。図中に再生時の表示画像６及び射出
瞳８p,q'の位置関係を重畳して示してある。O1,1〜O3,3
はそれぞれ表示画像６の中心OCと射出瞳８1,1'〜
８3,3'の中心を通る軸である。カメラC1,1〜C3,3 の入
射瞳中心CP1,1〜Cp3,3 は、常にそれぞれ軸O1,1〜O3,3
上にあり、かつ立体物Ｘの中心OCから等距離となってい
る。各カメラC1,1〜C3,3 で撮像した視差画像がそれぞ
れ表示画像６1、1 〜６3、3 となり、再生時にはSLM1上に
表示する表示画像６p,q を変えるのと同期して開口パタ
ーン７上の開口８p,q の位置をすべて同時に変えて、こ
れにより射出瞳８p,q の位置を変える。
【００９３】この様に２次元的な射出瞳移動に対応して
視差画像表示を行うと、観察者の両眼が上下方向に移動
したときの運動視差表現が可能で、観察者が顔を傾けた
際の観察にも対応できるので、より実際の立体物を見て
いる状態に近い立体像再生が行える。
【００９４】図３４は本発明の実施例４の要部概略図で
ある。本実施例は実施例１、２の観察可能域を更に拡大
する実施例である。本実施例が実施例１、２と異なる点
はシリンドリカルレンズアレイに仕切り板がないこと
と、SLM1（表示用の空間光変調器）の表示面がシリンド
リカルレンズアレイ２を構成する個々のシリンドリカル
レンズに対応する複数の表示領域１６i に分かれ、表示
領域１６i 毎に画像の表示を制御できる点である。従っ
てシリンドリカルレンズの数をｍ個とすれば表示領域も
ｍ個存在する。
【００９５】本実施例のシリンドリカルレンズアレイ２
は仕切板がないので、これによって、１つの開口８i を
通った光束がその開口の正面のシリンドリカルレンズを
通って射出瞳を形成するだけでなく、隣のシリンドリカ
ルレンズにも入射して別の位置に射出瞳を形成する。こ
うした系はレンチキュラレンズの光学系などに類似して
いるので、１つの開口８i の正面のレンズを通った光束
が観察される領域を主ローブ、正面のレンズ以外のレン
ズを通った光束が観察される領域を副ローブと呼ぶこと
とする。
【００９６】図３５は主ローブ、副ローブの説明図であ
る。シリンドリカルレンズアレイ２の各レンズ間に仕切
がある場合、図中Ａの範囲内にある開口８の集合は、そ
の正面のシリンドリカルレンズ２A によって射出瞳８'
中の領域Ａ’に結像する。このときの領域Ａ’がＡの範
囲内に在る開口８の集合の主ローブ領域である。主ロー
ブ領域はごく狭い領域Ａ' の範囲に限られる。
【００９７】これに対し、本実施例の如くシリンドリカ
ルレンズアレイ２の各シリンドリカルレンズ間に仕切が
無い場合は、図中ＢやＣの範囲内にある開口８の集合が
隣のシリンドリカルレンズ２A によって射出瞳群（Ｂ'
、Ｃ' ）として結像する。これらの射出瞳群（Ｂ' 、
Ｃ' ）が副ローブ領域の射出瞳群である。これら副ロー
ブ領域と主ローブ領域を合わせると、射出瞳の存在範囲
は極めて広くなる。
【００９８】本実施例では２つのSLM の駆動方法を工夫
し、上記副ローブを有効に利用して観察可能領域の拡大
を行う。図３６はその具体的方法の説明図である。これ
について説明する。本実施例のSLM 駆動方法はステップ
Ａ〜Ｃの３つのステップからなる。
【００９９】図３６(A) は「ステップＡ」の状態を示し
ている。ステップＡではSLM2（開口用の空間光変調器）
のＡの範囲に開口８A,1 が形成され、SLM1のシリンドリ
カルレンズ２A に対応する表示領域１６A のみに表示画
像６A、1 （第１の視差画像）の一部分を表示している。
SLM1およびSLM2のそれ以外の部分はすべて光を「不透
過」の状態となっている。そしてシリンドリカルレンズ
２A は開口８A,1 を有限距離に射出瞳８A,1'（第１の射
出瞳）として結像する。観察者の右眼がここにあれば、
右眼は表示画像６A,1 の一部分を視認する。
【０１００】次いで開口はSLM2の８A,2 に位置を変え、
同時にSLM1の表示領域１６A のみに表示画像６A、2 （第
２の視差画像）の一部分を表示する。SLM1およびSLM2の
それ以外の部分はすべて光を「不透過」の状態となって
いる。そしてシリンドリカルレンズ２A は開口８A,2 を
有限距離に射出瞳８A,2'（第２の射出瞳）として結像す
る。観察者の左眼がここにあれば、左眼は表示画像６
A,2 の一部分を視認する。
【０１０１】以上の開口の位置変更と表示画像の切り替
えとをＡの範囲の中で繰り返して行き、Ａ' の範囲の射
出瞳形成を終わる。
【０１０２】図３６(B) は「ステップＢ」の状態を示し
ている。ステップＢではまずSLM2のＢの範囲に開口８
B,1 が形成され、SLM1のシリンドリカルレンズ２A に対
応する表示領域１６A のみに表示画像６B、1 の一部分を
表示している。SLM1およびSLM2のそれ以外の部分はすべ
て光を「不透過」の状態となっている。そしてシリンド
リカルレンズ２A は開口８B,1 を有限距離に射出瞳８
B,1'として結像する。
【０１０３】次いで開口はSLM2の８B,2 に位置を変え、
同時にSLM1の表示領域１６A のみに表示画像６B、2 の一
部分を表示する。SLM1およびSLM2のそれ以外の部分はす
べて光を「不透過」の状態となっている。そしてシリン
ドリカルレンズ２A は開口８B,2 を有限距離に射出瞳８
B,2'として結像する。
【０１０４】以上の開口の位置変更と表示画像の切り替
えとをＢの範囲の中で繰り返して行き、Ｂ' の範囲の射
出瞳形成を終わる。
【０１０５】図３６(C) は「ステップＣ」の状態を示し
ている。ステップＣではまずSLM2のＣの範囲に開口８
C,1 が形成され、SLM1のシリンドリカルレンズ２A に対
応する表示領域１６A のみに表示画像６C、1 の一部分を
表示している。SLM1およびSLM2のそれ以外の部分はすべ
て光を「不透過」の状態となっている。そしてシリンド
リカルレンズ２A は開口８C,1 を有限距離に射出瞳８
C,1'として結像する。
【０１０６】次いで開口はSLM2の８C,2 に位置を変え、
同時にSLM1の表示領域１６A のみに表示画像６C、2 の一
部分を表示する。SLM1およびSLM2のそれ以外の部分はす
べて光を「不透過」の状態となっている。そしてシリン
ドリカルレンズ２A は開口８C,2 を有限距離に射出瞳８
C,2'として結像する。
【０１０７】以上の開口の位置変更と表示画像の切り替
えとをＣの範囲の中で繰り返して行き、Ｃ' の範囲の射
出瞳形成を終わる。
【０１０８】次いで、以上の３ステップを次のシリンド
リカルレンズ２B に対応する表示領域１６B のみに表示
画像の一部を表示しながら実行する。これをｍ個の表示
領域の夫々について実行して、各射出瞳に対応する視差
画像１枚分がすべて表示される。
【０１０９】上記のステップＡ〜Ｃはきわめて短時間の
うちに実行する。上記の３つのステップはSLM1の総数ｍ
個の表示領域中のある１つの表示領域１６i の駆動法で
ある。SLM1のすべての表示領域について上記ステップＡ
〜Ｃを繰り返して、射出瞳の数だけある表示画像６全体
の再生が達成できる。
【０１１０】本実施例は副ローブを利用しているので、
他の実施例のように主ローブのみを使った再生方法に比
べて水平方向にはるかに広い領域から、表示画像６の全
体像が観察できる。尚、このSLM1のすべての表示領域に
ついてのステップＡ〜Ｃの駆動は人間の眼の残像許容時
間（約1/30秒）以内にすべて行われ、繰り返される。こ
れによりフリッカーのない立体像の再生が可能となる。
【０１１１】尚、副ローブ再生のステップは上記のよう
に３段階に限らない。上記の例ではSLM1の１つの表示領
域１６i に対し、対応する開口８i の存在範囲を３つの
表示領域にまたがって存在させていたので３段階のステ
ップとなったが、SLM1の１つの表示領域に対し、対応す
る開口８i の存在範囲をｋ個（ｋは自然数）の表示領域
にまたがって存在させれば上記のステップはｋ段階とな
り、観察可能領域をさらに拡大することができる。
【０１１２】又、こうした副ローブを利用した観察可能
領域拡大は実施例３でも応用できる。この場合も蠅の眼
レンズ２２を構成するレンズを仕切っている仕切り板を
排除し、SLM1の表面を各要素レンズに対応する複数の表
示領域に分割し、実施例４と同様の駆動を行えば、２次
元的な上下左右の表示領域すべてについて副ローブを利
用した観察可能領域拡大を達成することができる。
【０１１３】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、視差画像の
クロストークが少なく逆立体視を発生させない、視差画
像の分離の優れた、メガネなし３Ｄディスプレイが可能
な、薄型の立体像再生装置を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の要部斜視図
【図２】 実施例１のSLM2のセグメント電極の図
【図３】 実施例１による立体像再生のある瞬間の説明
図
【図４】 開口パターン７の例
【図５】 実施例１による立体像再生のある瞬間の説明
図（図３より時間ｔだけ経過）
【図６】 射出瞳を重ねる為の開口の移動の説明図１ シリンドリカルレンズの光軸に対する開口の相対的位置
が同じ場合に形成される射出瞳の説明図
【図７】 射出瞳を重ねる為の開口の移動の説明図２
【図８】 実施例１のステレオペアを得る方法の説明図
【図９】 実施例１においてシリンドリカルレンズアレ
イの個数と表示装置の厚さとの関係の説明図
【図１０】 実施例１の派生例の要部概略図（第１の状
態）
【図１１】 実施例１の派生例の要部概略図（第２の状
態）
【図１２】 実施例１の派生例の要部概略図（第３の状
態）
【図１３】 実施例１の派生例の要部概略図（第４の状
態）
【図１４】 実施例１の派生例の要部概略図（第５の状
態）
【図１５】 実施例１の派生例の要部概略図（第６の状
態）
【図１６】 実施例１の派生例に表示する視差画像を得
る方法の説明図
【図１７】 １つの画面を１組のドライバでマトリック
ス駆動する液晶素子
【図１８】 １つの画面を２組のドライバでマトリック
ス駆動する液晶素子
【図１９】 シリンドリカルレンズアレイの個々のレン
ズの幅が不等間隔の例
【図２０】 射出瞳８k'の幅が等しくない例
【図２１】 実施例１の派生例の要部概略図 シリンドリカルレンズアレイをSLM1の前側に配置した例
【図２２】 実施例１の派生例の要部概略図 観察者の位置に応じてシリンドリカルレンズアレイとSL
M2の間隔を変化する例
【図２３】 １つの画面を３次元画像再生領域と２次元
画像再生領域に分割する場合の電極構成例
【図２４】 本発明の実施例２の要部概略図
【図２５】 実施例２の作用説明図
【図２６】 実施例２の作用説明図
【図２７】 実施例２の派生例の要部概略図
【図２８】 実施例２の派生例の要部概略図
【図２９】 実施例２の派生例の要部概略図
【図３０】 実施例２の派生例の要部概略図
【図３１】 本発明の実施例３の要部概略図
【図３２】 蠅の眼レンズアレイの斜視図
【図３３】 実施例３で使用する視差画像を得る方法の
説明図
【図３４】 本発明の実施例４の要部概略図
【図３５】 主ローブ、副ローブの説明図
【図３６】 実施例４のSLM 駆動の説明図
【図３７】 レンティキュラ方式による立体像表示方法
【図３８】 大型凸レンズを用いる立体像表示方法
【図３９】 単レンズを用いる立体像再生装置
【図４０】 レンティキュラレンズアレイを用いる立体
像再生装置
【符号の説明】
SLM1 第１の空間光変調器（表示用の空間光変調器） SLM2 第２の空間光変調器（開口用の空間光変調器） ２ シリンドリカルレンズアレイ ４ バックライト ５R 観察者の右眼 ５L 観察者の左眼 ６ 表示画像 ７ SLM2に表示する開口パターン ８ 開口 ８' 射出瞳 ９ 仕切り板 １０ ドライブ手段 １１ セグメント電極 １２ ステージ １３ 自動検出カメラシステム １４ シリンドリカル凸レンズ １５ 変形シリンドリカルレンズアレイ １６ 表示領域 ２２ 蠅の眼レンズアレイ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照明手段により複数の開口を水平方向に
    配列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応し
    て設けた複数のシリンドリカルレンズを不透明の隔壁を
    介して並べて成るシリンドリカルレンズアレイにより該
    複数の開口を有限距離に重畳して第１の射出瞳として形
    成すると共に、該開口からの光束により該シリンドリカ
    ルレンズアレイの近傍に設置する表示用の空間光変調器
    に表示する視差画像を照明し、 該視差画像を別の視差画像に替えたときは、これに同期
    して該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像が該
    第１の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳とし
    て形成するようにしたことを周期的に繰り返して、観察
    者に該視差画像を該第１、第２の射出瞳位置より観察せ
    しめることを特徴とする立体像再生装置。
  2. 【請求項２】 前記開口パターンは空間光変調器によっ
    て形成していることを特徴とする請求項１の立体像再生
    装置。
  3. 【請求項３】 前記視差画像を表示する表示面は前記シ
    リンドリカルレンズアレイの光学的主平面に一致してい
    ることを特徴とする請求項１又は２の立体像再生装置。
  4. 【請求項４】 照明手段により複数の開口を水平方向に
    配列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応し
    て設けた複数のシリンドリカルレンズを不透明の隔壁を
    介して並べて成るシリンドリカルレンズアレイと水平方
    向にのみ屈折力を有する１つのシリンドリカル凸レンズ
    を有する投影光学系により該複数の開口を有限距離に重
    畳して第１の射出瞳として形成すると共に、該開口から
    の光束により該シリンドリカルレンズアレイの近傍に設
    置する表示用の空間光変調器に表示する視差画像を照明
    し、 該視差画像を別の視差画像に替えたときは、これに同期
    して該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像が該
    第１の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳とし
    て形成するようにしたことを周期的に繰り返して、観察
    者に該視差画像を該第１、第２の射出瞳位置より観察せ
    しめることを特徴とする立体像再生装置。
  5. 【請求項５】 前記開口パターンは空間光変調器によっ
    て形成していることを特徴とする請求項４の立体像再生
    装置。
  6. 【請求項６】 前記投影光学系は前記開口パターン側よ
    り順に前記シリンドリカルレンズアレイ、前記シリンド
    リカル凸レンズの順に有しており、該開口パターンは該
    シリンドリカルレンズアレイの焦点面にあり、個々のシ
    リンドリカルレンズに対応する開口は個々のシリンドリ
    カルレンズに対して相対的に同じ位置に位置しているこ
    とを特徴とする請求項４又は５の立体像再生装置。
  7. 【請求項７】 前記視差画像を表示する表示面は前記シ
    リンドリカルレンズアレイ又は前記シリンドリカル凸レ
    ンズの光学的主平面に一致していることを特徴とする請
    求項４，５又は６の立体像再生装置。
  8. 【請求項８】 照明手段により複数の開口を２次元的に
    配列した開口パターンを照明し、該複数の開口に対応し
    て設けた複数の要素レンズを不透明の隔壁を介して並べ
    て成る蠅の眼レンズアレイにより該複数の開口を有限距
    離に重畳して第１の射出瞳として形成すると共に、該開
    口からの光束により該蠅の眼レンズアレイの近傍に設置
    する表示用の空間光変調器に表示する視差画像を照明
    し、 該視差画像を別の視差画像に替えたときは、これに同期
    して該複数の開口の位置を変え、該複数の開口の像が該
    第１の射出瞳と異なる位置に重畳して第２の射出瞳とし
    て形成するようにしたことを周期的に繰り返して、観察
    者に該視差画像を該第１、第２の射出瞳位置より観察せ
    しめることを特徴とする立体像再生装置。
  9. 【請求項９】 前記開口パターンは空間光変調器によっ
    て形成していることを特徴とする請求項８の立体像再生
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記開口の像は水平方向の幅が50mm以
    下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項
    に記載の立体像再生装置。
  11. 【請求項１１】 前記複数の開口が周期的に位置を変
    え、再び元の位置に開口を形成するまでの時間が1/30秒
    以内であることを特徴とする請求項１０の立体像再生装
    置。
  12. 【請求項１２】 照明手段により開口の位置が可変の開
    口用の空間光変調手段に形成する開口を照明し、複数の
    シリンドリカルレンズを水平方向に並べて成るシリンド
    リカルレンズアレイにより該開口を有限距離に第１の射
    出瞳として結像すると共に、該シリンドリカルレンズア
    レイの近傍に該複数のシリンドリカルレンズに対応する
    複数の表示領域を有する表示用の空間光変調手段を設置
    し、該表示領域の１つに表示した第１の視差画像の一部
    を該開口からの光束で該表示領域に対応するシリンドリ
    カルレンズを介して照明し、 該開口の位置を変えると共に第１の視差画像の一部を表
    示した表示領域に第２の視差画像の一部を表示し、該第
    ２の視差画像の一部を該開口からの光束で該表示領域に
    対応するシリンドリカルレンズを介して照明し、該開口
    を該シリンドリカルレンズにより該第１の射出瞳と異な
    る位置に第２の射出瞳として結像して、観察者に該第
    １、第２の視差画像を該第１、第２の射出瞳位置で観察
    せしめることを該表示領域を順次変えて該複数の表示領
    域について行って該第１の視差画像と該第２の視差画像
    を表示していることを特徴とする立体像再生装置。
  13. 【請求項１３】 照明手段により開口の位置が可変の開
    口用の空間光変調手段に形成する開口を照明し、複数の
    要素レンズを２次元的に並べて成る蠅の眼レンズアレイ
    により該開口を有限距離に第１の射出瞳として結像する
    と共に、 該蠅の眼レンズアレイの近傍に該複数の要素レンズに対
    応する複数の表示領域を有する表示用の空間光変調手段
    を設置し、該表示領域の１つに表示した第１の視差画像
    の一部を該開口からの光束で該表示領域に対応する要素
    レンズを介して照明し、 該開口の位置を変えると共に第１の視差画像の一部を表
    示した表示領域に第２の視差画像の一部を表示し、該第
    ２の視差画像の一部を該開口からの光束で該表示領域に
    対応する要素レンズを介して照明し、該開口を該要素レ
    ンズにより該第１の射出瞳と異なる位置に第２の射出瞳
    として結像して、観察者に該第１、第２の視差画像を該
    第１、第２の射出瞳位置で観察せしめることを該表示領
    域を順次変えて該複数の表示領域について行って該第１
    の視差画像と該第２の視差画像を表示していることを特
    徴とする立体像再生装置。
  14. 【請求項１４】 前記開口の像は水平方向の幅が50mm以
    下であることを特徴とする請求項１２又は１３の立体像
    再生装置。
  15. 【請求項１５】 前記第１の視差画像と第２の視差画像
    すべてを表示する所要時間が1/30秒以内であることを特
    徴とする請求項１４の立体像再生装置。
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