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図面 (18)

課題

再生像の明るさを低下させることなく、偽像再生を防止された三次元画像表示装置を実現する。

解決手段

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイ10と、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画30とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画との間に、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行うレンズ要素セパレーター20を有することを特徴とする。

概要

背景

立体感を与える画像は、透視図法照明効果などの心理効果を利用した方法、左右で色や偏光の異なる眼鏡レンチキュラーレンズ等を用いる等の両眼視差を利用した方式、あるいは全ての立体視効果を利用したホログラフィ等が一般に良く知られている。この立体感を与える画像を得る方式の1つとして、インテグラルフォトグラフィー方式(以下、IP方式)が知られており、これを用いた三次元画像表示装置が、例えば特開平10−186275号公報、特開平10−186276号公報等にその方法が記載されている。

概要

再生像の明るさを低下させることなく、偽像再生を防止された三次元画像表示装置を実現する。

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイ10と、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画30とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画との間に、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行うレンズ要素セパレーター20を有することを特徴とする。

目的

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止された三次元画像表示装置を実現することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画との間に、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行うレンズ要素セパレーターを有する、ことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項2

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画の間に、隣接するレンズ要素同士で偏光の向きが異なる偏光板を有する、ことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項3

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画と、前記原画を照明する光源とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記光源が指向性を有する、ことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項4

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記空中像観察位置との間に偽像光線遮断する偽像遮光手段を有する、ことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項5

複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、空中像を形成する主光線が、原画とレンズアレイの間で原画面に対してほぼ垂直となるように構成された、ことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項6

複数のレンズ要素が2次元的に配置されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、lは空中像から観察者までの距離(mm)、θは観察者が空中像を観察するときの視野角、Mは空中像形成時の拡大倍率、dは隣接するレンズ要素の中心間距離(mm)とした場合に、l×tan(θ/2)≧M×d/2が成り立つことを特徴とする三次元画像表示装置。

請求項7

SLはレンズ要素セパレーターの単位ユニットにおけるレンズユニット側開口面積SFは原画側の開口面積とした場合に、SF>SLが成り立つことを特徴とする請求項1記載の三次元画像表示装置。

請求項8

空中像観察位置を検知する検知手段と、前記偽像遮光手段の位置を空中像観察位置に応じて変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする請求項4記載の三次元画像表示装置。

技術分野

0001

本発明は上下・左右方向に視差をもつ3次元像空中像として表示可能な三次元画像表示装置に関する。

背景技術

0002

立体感を与える画像は、透視図法照明効果などの心理効果を利用した方法、左右で色や偏光の異なる眼鏡レンチキュラーレンズ等を用いる等の両眼視差を利用した方式、あるいは全ての立体視効果を利用したホログラフィ等が一般に良く知られている。この立体感を与える画像を得る方式の1つとして、インテグラルフォトグラフィー方式(以下、IP方式)が知られており、これを用いた三次元画像表示装置が、例えば特開平10−186275号公報、特開平10−186276号公報等にその方法が記載されている。

発明が解決しようとする課題

0003

このようなIP方式で3次元画像を表示する方式において、空中像の大きさや再生位置など再生条件によっては、観察者の位置から複数の空中像が観察されてしまうことがわかった。

0004

本来観察される必要のない空中像(ここでは「偽像」と表現する)が再生されてしまうと、観察者の注意が複数の再生画像に分散されるため観察者が疲労しやすくなる傾向にあり、その改善が望まれていた。

0005

一方、近年の射出成形技術の向上により、複数個レンズを有するレンズアレイユニットを製造することが可能になり、IP方式に必要なレンズアレイユニットを精度良く安価に供給することが可能になってきたが、このようなレンズアレイユニットを用いた場合、特に上述の偽像再生の問題が生じやすくなる。

0006

特開平10−168725号公報に示されるように、個々のレンズ要素配列部材遮光部材としての機能を持たせることにより、光源からの漏れ光による空中再生画像のコントラスト低下は軽減でき、また偽像再生の問題が生じなくなるが、逆に、再生像全体の明るさが低下しやすくい傾向にあった。

0007

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止された三次元画像表示装置を実現することにある。

課題を解決するための手段

0008

本件出願の発明者は、従来提案されているインテグラル方式における各種の問題点を改良すべく鋭意研究を行った結果、レンズ要素や光源などの配置方法を工夫することで各種問題点を解決可能なことを新たに見出し、以下に説明する本発明を完成させたものである。

0009

従って、課題を解決するための発明は、具体的には以下に示すようなものである。

0010

なお、ここで、微小倒立像とは、レンズアレイを構成する個々のレンズ要素によってそれぞれ生成された像である。更に詳しくは、レンズアレイの、被写体または再生像の共役位置に形成される像である。記録を行う場合には、この共役位置に記録材料を置く。また、再生する場合にも、共役位置に原画を置く。尚、原画は計算により作成することも可能である。また、記録材料のかわりにLCDのような画像表示媒体を用い、これを再生像の共役位置に配置し、個々のレンズ要素に対応した再生像の微小倒立像を表示することも可能である。

0011

また、フーリエ変換像とは、被写体または再生像の位置に係わらず、レンズアレイの焦点面において形成される像である。記録する場合には、焦点面に記録材料を置く。また、再生する場合にも焦点位置に原画を置く。原画は計算により作成することも可能である。さらに前述のように記録材料のかわりにLCDのような画像表示媒体を用いることも可能である。

0012

(1)請求項1記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画との間に、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行うレンズ要素セパレーターを有することを特徴とする。

0013

この三次元画像表示装置では、レンズ要素セパレーターによって、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行っており、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0014

なお、ここでレンズ要素セパレーターとは、あるレンズ要素に着目したときに、そのレンズに対応する微小倒立像もしくはフーリエ変換像からだけ、該レンズ要素に光束が入るように設けられた一種の遮光部材である。レンズ要素セパレーターの形状、材質等には特に制限がないが、レンズ要素セパレーターをレンズアレイ面側からレンズアレイ面と垂直方向から観察したときに、セパレーターが占める総面積(具体的にはセパレーター部材の厚みにより占める面積などがこれに相当する)がレンズアレイ総面積の25%以下である場合が好ましく、さらに好ましくはレンズアレイ総面積の10%以下である場合が、再生される空中像が明るくなるという本発明の効果がより顕著となり好ましい。

0015

なお、この発明において、レンズ要素セパレーターは偽像が観察されることを防止するためのものであり、実質的に偽像が観察されなければ個々のレンズ要素に対応した画像以外からの光束を完全に遮光する必要はないが、再生される空中像のコントラストを向上させるという観点から、個々のレンズ要素に対応した画像以外からの光束をできるだけ遮光することが望ましく、レンズ要素セパレーターの高さが、原画とレンズアレイ底面との距離に対して1/2以上を有する態様が好ましく、さらに好ましくはレンズ要素セパレーターの高さが3/4以上を有する態様である。

0016

(2)請求項2記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記原画の間に、隣接するレンズ要素同士で偏光の向きが異なる偏光板を有することを特徴とする。。

0017

この三次元画像表示装置では、レンズアレイと前記原画の間に、隣接するレンズ要素同士で偏光の向きが異なる偏光板を有しており、対応するレンズ要素と原画以外では光が減衰されるようになり、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0018

なお、具体的には、レンズアレイ中の個々のレンズに対応するように偏光板を配置し、隣接するレンズアレイ間でできるだけ偏光特性が異なるように配置をするものである。この時、偏光板はできるだけレンズアレイ面に近い位置に配置することが好ましい。例えばもう一組の偏光板を原画上で対応する個々の微小倒立画像上に配置する(このときレンズアレイ側に配置した偏光板と偏光方向を合わせておく)ことにより、本来再生されるべき原画像からの光束だけが対応するレンズ要素を通過することができ、隣接するレンズ要素に対応する原画像からの光束は、偏光特性が異なるために通過できなくなり、偽像再生を防止することが可能となる。本発明に用いられる偏光板の種類には特に制限はなく、直線偏光板円偏光板のいずれをも用いることが可能である。また、個々のレンズ要素毎に発光光源を制御できる場合には、光源自身に偏光特性を持たせることにより、原画上に設置する偏光板を省略することも可能である。

0019

(3)請求項3記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置において、空中像形成用光源(微小倒立像もしくはフーリエ変換像を照明する光源)が指向性を有することを特徴とする。

0020

この三次元画像表示装置では、微小倒立像もしくはフーリエ変換像を照明する光源が指向性を有しているため、対応するレンズ要素と原画以外では光が照射されにくくなるため、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0021

この発明においては、個々のレンズ要素毎に対応する光源が指向性を有することにより、原画像からの光束は対応するレンズ要素のみを通過するようになるため、偽像の再生をを防止することが可能となる。従って、本発明においては、光源の指向性の程度はレンズ要素の性能に依存するものであり、好ましくはレンズ要素の収束角範囲内に光源からの光束の80%以上が入る態様であり、より好ましくは光束の90%以上が入る態様である。

0022

(4)請求項4記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、前記レンズアレイと前記空中像観察位置との間に偽像の光線遮断する偽像遮光手段を有することを特徴とする。

0023

この三次元画像表示装置では、レンズアレイと空中像観察位置の間に遮光マスクなどによる偽像遮光手段を設けているため、偽像が確実に防止され、再生像の明るさを低下させることなく偽像の再生を防止できる。

0024

この発明においてマスク材とは、偽像を再生している光線が観察者の目に入ることを防止するために設けられる部材であり、その大きさ、形状、材質等には特に制限はない。マスク材の設置位置についても特に制限はないが、偽像が観察される範囲をできるだけ小さくし、さらに観察される空中像をできるだけ明るくするために、再生される空中像とレンズアレイの間に設置することが好ましく、さらに好ましくは再生される空中像により近い位置に設置する態様が好ましい。

0025

(5)請求項5記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、空中像を形成する主光線が、原画とレンズアレイの間で原画面に対してほぼ垂直となるように構成されたことを特徴とする。

0026

この三次元画像表示装置では、空中像を形成する主光線が原画面に対してほぼ垂直になるように構成されているため、正しい空中像が強く再生されるようになり、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0027

主光線が原画面に対してほぼ垂直である場合には、光源からの光の利用効率が高くなり、より明るい空中像を再生することが可能となり、またレンズアレイを構成する個々のレンズ要素の像面湾曲による空中画像劣化も軽減され好ましい。本発明において、空中像を形成する主光線が、原画とレンズアレイの間で原画面に対してほぼ垂直とは、主光線が原画面に対してなす角度が80度以上100度以下の態様が好ましく、さらに好ましくは85度以上95度以下の態様である。主光線が原画面に対してほぼ垂直とするためには、例えばコンデンサレンズを組み合わせて用いる態様が好ましく用いられる。このコンデンサレンズは通常レンズアレイと再生される空中像の間に配置される。本発明にレンズ要素セパレーターを組み合わせて用いた場合、偽像の再生が防止され、かつ明るい空中像が再生されるにとどまらず、さらにはレンズ要素セパレーターの加工も容易になり生産性が向上するという利点も有する。

0028

(6)請求項6記載の三次元画像表示装置は、複数のレンズ要素が2次元的に配置されたレンズアレイと、このレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録もしくは表示されている原画とにより、原画に対応した空中像を形成する三次元画像表示装置であって、lは空中像から観察者までの距離(mm)、θは観察者が空中像を観察するときの視野角、Mは空中像形成時の拡大倍率、dは隣接するレンズ要素の中心間距離(mm)とした場合に、l×tan(θ/2)≧M×d/2が成り立つことを特徴とする。

0029

この三次元画像表示装置では、個々の要素が前述のような関係にあるとき、空中像の幅方向の大きさ2×l×tan(θ/2)が、本来観察したい空中像と偽像の空間中での距離M×dより大きく、所望の空中像と偽像の間の距離を十分に離すことができ、偽像が空中像観察の妨げになることは殆どなくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。なお、以上の式を満たすような場合、偽像の再生位置が、視野角から大きく外れるために、空中像の観察において偽像がほとんど影響を与えなくなる。

0030

(7)請求項7記載の三次元画像表示装置は、上記(1)において、SLはレンズ要素セパレーターの単位ユニットにおけるレンズユニット側開口面積SFは原画側の開口面積とした場合に、SF>SLが成り立つことを特徴とする。

0031

この三次元画像表示装置では、レンズユニット側の開口面積(SL)と原画側の開口面積(SF)が、SF>SLという式の関係を満たしている場合に、空中像再生に用いられる光源からの光を効率よく利用することができるようになり、再生される空中像が明るくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0032

この式を満たす態様として、レンズ要素セパレーターをレンズアレイ面と垂直な方向で切断したときの断面形状が台形状の場合などが代表的な例である。レンズ要素セパレーター加工の容易さと、空中像観察の視域角の観点から、SFとSLの比(SF/SL)が1より大きく、1.25以下の場合が特に好ましい態様である。

0033

(8)請求項8記載の三次元画像表示装置は、上記(4)において、空中像観察位置を検知する検知手段と、前記偽像遮光手段の位置を空中像観察位置に応じて変化させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

0034

この三次元画像表示装置では、レンズアレイと空中像観察位置の間であって、空中像観察位置の変化に応じて位置が変化する遮光マスクなどによる偽像遮光手段を設けているため、偽像が確実に防止され、再生像の明るさを低下させることなく偽像の再生を防止できる。

発明を実施するための最良の形態

0035

以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照して詳細に説明する。

0036

図1は、レンズアレイ10,レンズ要素セパレーター20,原画30および光源40を組み合わせた三次元画像表示装置の画像表示部の様子を示す斜視図である。ここでは、説明を簡単にするため、4×4画素の場合を例示している。また、レンズ要素セパレーター20の外側の格子部分を除いて、内部が見えるような状態で示している。

0037

また、図2図1のA−A’断面を示す断面図である。これら図1及び図2において、10は複数のレンズ要素を配置して構成されたレンズアレイ、20はレンズ要素セパレーターである。レンズ要素セパレーター20の単位ユニット(最小限の個々のユニット)は、個々のレンズ要素と重なるように位置合わせして配置されている。

0038

また、レンズ要素セパレーター20の下には原画30が配置されており、この原画30にはレンズアレイを構成する個々のレンズ要素に対応して、再生像の微小倒立像もしくはフーリエ変換像が記録あるいは表示されている。

0039

さらに原画30の下部には光源30が配置されており、原画30を照射することにより、レンズアレイ10を通して空中像50が再生される。レンズアレイ10はレンズ要素セパレーター20によって保持されていてもよく、あるいはレンズアレイ10の回りにレンズアレイ保持用フレームを設置する等により、別の手段で保持されていても構わない。いずれの場合においてもレンズアレイ10とレンズ要素セパレーター20の相対的な位置関係が変化しないように固定しておくことが望ましい。

0040

なお、レンズ要素セパレーター20の高さは、原画とレンズアレイ10底面との距離に対して1/2以上であれば、再生される立体像のコントラストが向上するという本実施の形態例の好ましい効果を得ることができる。また、レンズ要素セパレーター20の高さは、原画とレンズアレイ10底面との距離に対して3/4以上であれば、さらに良好な効果を得ることができる。この図2においては、レンズ要素セパレーター20の高さが、原画とレンズアレイ10底面との距離に対して3/4以上を有しており、再生される立体像のコントラストが向上する本実施の形態例の好ましい態様を示している。

0041

図3はレンズ要素セパレーター20の様子を表す斜視図である。遮光性材料を組み合わせて格子状に配列することにより、レンズ要素に対応する原画像からのみの光を透過することができる。遮光性材料は不透明プラスチック、金属等、加工しやすいものの中から任意に選択することができるが、空中像観察時に視点がレンズ要素セパレーターに向くことを防ぎ、空中像を観察しやすくするために、外光や光源からの光を吸収する色(黒色など)にしておくことが好ましい。

0042

図4はレンズ要素セパレーター20の単位ユニット部分を拡大して示したものである。本実施形態では、d2=15×d1であり、レンズ要素セパレーターをレンズアレイ面側からレンズアレイ面と垂直方向から観察したときに、セパレーターが占める総面積がレンズアレイ総面積の約9.3%であり、再生される空中像が明るくなる本実施の形態例の好ましい態様の一例を示している。

0043

なお、以上の図1図4に示した三次元画像表示装置において、図5のように、原画30側をレンズアレイ10より広げた構成にすることが可能である。その場合には、レンズ要素セパレーター20に傾斜を設けるようにすればよい。

0044

このような三次元画像表示装置では、レンズユニット側の開口面積(SL)と原画側の開口面積(SF)が、SF>SLという式の関係を満たしている場合に、空中像再生に用いられる光源からの光を効率よく利用することができるようになり、再生される空中像が明るくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。なお、この式を満たす態様として、レンズ要素セパレーターをレンズアレイ面と垂直な方向で切断したときの断面形状が台形状の場合などが代表的な例である。レンズ要素セパレーター加工の容易さと、空中像観察の視域角の観点から、SFとSLの比(SF/SL)が1より大きく、1.25以下の場合が特に好ましい態様である。

0045

図6は偏光板21と22とを組み合わせて用いた三次元画像表示装置の画像表示部の様子を示す斜視図である。ここでは、説明を簡単にするため、4×4画素の場合を例示している。

0046

また、図7図6のA−A’断面を示す断面図である。さらに、図8は偏光板21と22との偏光の向きをハッチングの向きで模式的に示した説明図である。

0047

この図8に示されているように、個々のレンズ要素に対応する偏光板は、隣接するレンズ要素に対応する偏光板とは偏光特性が異なるように配置されている。そして、偏光板21と偏光板22とでは、対応するレンズ要素と原画とで、偏光特性が一致するように配置されている。

0048

また図9は空中像と偽像とを形成する光線の様子を模式的に示した説明図である。これらの図において、偏光板21および22ではハッチングの向きが偏光の向きを示している。このように組み合わされた偏光板21と22とを用いることで、図9に示すように、個々のレンズ要素に正規に対応する原画からの光束による空中像50に対し、隣接する原画とレンズ要素とを通過する光束による空中像(偽像)50’では、偏光板21と22との偏光の向きが異なるため、光量が著しく減衰する。このため、偽像50’はほとんど観察できない状態になる。

0049

ここで、偏光は直線偏光だけに限られず、円偏光であってもよい。また、隣接する偏光板同士では、できるだけ偏光の向きが異なっているほうが、偽像の発生を有効に抑えることができる。

0050

なお、以上の図6図9に示した三次元画像表示装置において、図10のように、原画30と偏光板22側をレンズアレイ10と偏光板21側より広げた構成にすることが可能である。

0051

図11は指向性を有する光源41を組み合わせて用いた三次元画像表示装置の画像表示部の様子を示す斜視図である。また図12図11のA−A’断面を示す断面図である。これら図11及び図12において、41は個々のレンズ要素に対応するように配置された指向性を有する光源を表しており、本実施形態では緑色などのLEDを指向性光源として用いた。図12に示されるように光源41から照射された光束は、原画30を通過した後、そのほとんどが対応するレンズ要素にのみ入射する。このため、隣接するレンズ要素に対応する原画からの光束により構成される空中像(偽像)はほとんど形成されず、観察されなくなる。

0052

図13は偽像遮光手段としてのマスク70を組み合わせて用いた三次元画像表示装置の画像表示部の様子を示す斜視図である。また図14図10のA−A’断面を示す断面図である。これら図13及び図14において、70は偽像を再生する光線が観察者の目に入ることを防止するために設けられる偽像遮光手段としてのマスクを表す。マスク70の材質、形状に特に制限はないが、偽像観察を防止するための必要最小限の大きさにとどめることが好ましい。

0053

また、マスク70の上面(観察者側)には、背景画像としての2次元画像を付与しておくことも可能であり、この2次元画像と空中像を組み合わせて一つの作品として仕上げる形態は、観察者に与えるインパクトも大きく、本実施の形態例の三次元画像表示装置の好ましい使用方法の一つである。

0054

なお、観察者が空中像を観察する位置(空中像観察位置)を検知するセンサ(検知手段)と、検知された空中像観察位置に応じてマスク70の位置を変化させる駆動手段とを設け、空中像観察位置の変化に応じてマスク70の位置を変化させるようにすることで、空中像観察位置の変化によらず偽像が確実に防止され、再生像の明るさを低下させることなく偽像の再生を防止できるようになる。

0055

図15は、コンデンサレンズ80を用いることにより、空中像を形成する主光線が、原画30とレンズアレイ10の間で原画面に対してほぼ垂直である三次元画像表示装置の画像表示部の様子を示す斜視図である。また、図16図12のA−A’断面を示す断面図である。図15図16に示すように、空中像を形成する主光線が、原画30とレンズアレイ10の間で原画面に対してほぼ垂直であり、より明るい空中像を再生することが可能となる。またレンズ要素セパレーター20の加工においても、図5に示したように斜めに組み合わせる必要がないため加工も容易になり生産性が向上している。

0056

図17は、以下の式が成り立つように設計された三次元画像表示装置を用いて空中像50を観察している様子を横から見た図である。この図17において、空中像50から観察者までの距離はl(mm)で表され、観察者が空中像を観察するときの視野角がθで表される。また、空中像形成時の拡大倍率はMで表され、隣接するレンズ要素の中心間距離(mm)がdで表される。偽像50’は、隣接するレンズ要素を通る光束により形成されるため、三次元画像表示装置を構成する個々の要素が前述のような関係にあるとき、M×dは、本来観察したい空中像と、偽像の空間中での距離を表していることになる。また、2×l×tan(θ/2)は、空中像50の大きさ(観察者から見た幅方向の大きさ)を表していることになる。

0057

これらを合わせて考えると、
2×l×tan(θ/2)≧M×d
が成り立つように、三次元画像表示装置を構成することで、空中像50の幅方向の大きさ2×l×tan(θ/2)が、本来観察したい空中像50と偽像50’の空間中での距離M×dより大きく、所望の空中像50と偽像50’の間の距離を十分に離すことができる。このため、偽像50’が空中像50の観察の妨げになることは殆どなくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。なお、以上の式を満たすような場合、偽像の再生位置が、視野角から大きく外れるために、空中像の観察において偽像がほとんど影響を与えなくなる。

発明の効果

0058

(1)請求項1記載の三次元画像表示装置では、レンズ要素セパレーターによって、個々のレンズ要素と対応する原画ごとに遮光を行っており、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0059

(2)請求項2記載の三次元画像表示装置では、レンズアレイと前記原画の間に、隣接するレンズ要素同士で偏光の向きが異なる偏光板を有しており、対応するレンズ要素と原画以外では光が減衰されるようになり、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0060

(3)請求項3記載の三次元画像表示装置では、微小倒立像もしくはフーリエ変換像を照明する光源が指向性を有しているため、対応するレンズ要素と原画以外では光が照射されにくくなるため、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0061

(4)請求項4記載の三次元画像表示装置では、レンズアレイと空中像観察位置の間に遮光マスクなどによる偽像遮光手段を設けているため、偽像が確実に防止され、再生像の明るさを低下させることなく偽像の再生を防止できる。

0062

(5)請求項5記載の三次元画像表示装置では、空中像を形成する主光線が原画面に対してほぼ垂直になるように構成されているため、正しい空中像が強く再生されるようになり、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0063

(6)請求項6記載の三次元画像表示装置では、個々の要素が前述のような関係にあるとき、空中像の幅方向の大きさ2×l×tan(θ/2)が、本来観察したい空中像と偽像の空間中での距離M×dより大きく、所望の空中像と偽像の間の距離を十分に離すことができ、偽像が空中像観察の妨げになることは殆どなくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0064

(7)請求項7記載の三次元画像表示装置では、レンズユニット側の開口面積(SL)と原画側の開口面積(SF)が、SF>SLという式の関係を満たしている場合に、空中像再生に用いられる光源からの光を効率よく利用することができるようになり、再生される空中像が明るくなる。この結果、再生像の明るさを低下させることなく、偽像の再生を防止できる。

0065

(8)請求項8記載の三次元画像表示装置では、レンズアレイと空中像観察位置の間であって、空中像観察位置の変化に応じて位置が変化する遮光マスクなどによる偽像遮光手段を設けているため、偽像が確実に防止され、再生像の明るさを低下させることなく偽像の再生を防止できる。

図面の簡単な説明

0066

図1本発明の実施の形態におけるレンズ要素セパレーターをレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す斜視図である。
図2本発明の実施の形態におけるレンズ要素セパレーターをレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す断面図である。
図3本発明の実施の形態において使用するレンズ要素セパレーターの様子を示す斜視図である。
図4本発明の実施の形態において使用するレンズ要素セパレーターの様子を示す拡大斜視図である。
図5本発明の実施の形態におけるレンズ要素セパレーターをレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す断面図である。
図6本発明の実施の形態における偏光板をレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す斜視図である。
図7本発明の実施の形態における偏光板をレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す断面図である。
図8本発明の実施の形態において使用する偏光板の様子を示す斜視図である。
図9本発明の実施の形態における偏光板をレンズアレイと原画との間に配置した場合の光線の様子を示す断面図である。
図10本発明の実施の形態における偏光板をレンズアレイと原画との間に配置した様子を示す断面図である。
図11本発明の実施の形態における指向性を有する光源を用いた様子を示す斜視図である。
図12本発明の実施の形態における指向性を有する光源を配置した場合の光線の様子を示す断面図である。
図13本発明の実施の形態におけるマスクを用いた様子を示す斜視図である。
図14本発明の実施の形態におけるマスクを配置した場合の光線の様子を示す断面図である。
図15本発明の実施の形態におけるコンデンサレンズを用いた様子を示す斜視図である。
図16本発明の実施の形態におけるコンデンサレンズを配置した場合の光線の様子を示す断面図である。
図17本発明の実施の形態における各部の配置を規定した状態で配置した様子を示す断面図である。

--

0067

10レンズアレイ
20レンズ要素セパレーター
30原画
40光源
50空中像
50’ 空中像(偽像)

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