特許 5943275 立体ディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943275

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】立体ディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20160621BHJP

   H04N 13/04 20060101ALI20160621BHJP

   G03B 35/18 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   H04N13/04

   G03B35/18

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-82530(P2012-82530)

(22)【出願日】2012年3月30日

(65)【公開番号】特開2013-210592(P2013-210592A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2015年2月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊介

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４２６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１４７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００８２９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２ − ２７／２６

Ｈ０４Ｎ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体形状データに基づいて地面または床面からなる設置面を全体的または部分的に取り囲む観客席から観察者が観察可能な立体画像を提示するための立体ディスプレイであって、
予め定められた設置面に配置され、複数の光線発生モジュールからなる光線発生モジュール群と、
前記複数の光線発生モジュールを制御する制御手段とを備え、
前記設置面に対して斜め外方の前記観客席の位置に視域が予め定義され、
前記複数の光線発生モジュールの各々は、前記視域の任意の位置で観察者が両眼視差を知覚可能な角度間隔で複数の光線からなる光線群を上下方向の軸を中心として全方位に出射するとともに、前記視域の任意の位置で観察者が出射された光線群の少なくとも一つの光線を視認可能なように構成され、
前記複数の光線発生モジュールは、それぞれ独立に前記設置面に設置可能でかつ取り除き可能に並べられ、
前記制御手段は、前記立体形状データに基づいて、前記複数の光線発生モジュールにより出射される複数の光線により前記視域の任意の位置から視認可能な立体画像の各画素が構成されるように前記複数の光線発生モジュールを制御する、立体ディスプレイ。

【請求項2】

前記光線発生モジュールは、光線を前記設置面に垂直な面内において第１の角度範囲で拡散させて出射するとともに前記設置面に平行な面内において第２の角度範囲で拡散させて出射し、
前記第１の角度範囲は、前記第２の角度範囲よりも大きく設定される、請求項１記載の立体ディスプレイ。

【請求項3】

前記複数の光線発生モジュールの各々は、前記視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ出射する複数の光線発生器を含む、請求項１または２記載の立体ディスプレイ。

【請求項4】

前記複数の光線発生モジュールの各々は、光を発生する発光素子と、前記発光素子により発生された光の方向を変化させることにより一定時間内で異なる方向の複数の光を出射する方向変更手段とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体ディスプレイ。

【請求項5】

各光線発生モジュールの前記複数の光線発生器は、前記上下方向の軸を中心とする円周上に内方を向くように配置される、請求項３記載の立体ディスプレイ。

【請求項6】

各光線発生モジュールの前記複数の光線発生器は、前記上下方向の軸を中心とする円周上に外方を向くように配置される、請求項３記載の立体ディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体画像を表示する立体ディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

立体画像を提示する種々の立体ディスプレイが開発されている（例えば特許文献１および２参照）。立体ディスプレイでは、一般に、スクリーンの前方または上方等の空間に立体画像が提示される。

【0003】

特許文献１および２に記載された立体ディスプレイは、錐体形状の光線制御子を有する。光線制御子は、その錐体形状の底部が基準面上に開口するように配置される。また、複数の走査型プロジェクタが、基準面の下方でかつ光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を光線制御子の外周面にそれぞれ照射するように光線制御子の周囲に配置される。光線制御子は、各走査型プロジェクタにより照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させる。それにより、錐体形状の光線制御子の上方および内部に立体画像が表示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−３２９５２号公報

【特許文献2】特開２０１１−４８２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および２に記載されている立体ディスプレイによれば、テーブルの周囲にいる数人程度の観察者に立体画像を提示することができる。近年では、より多数の観察者に立体画像を提示可能な立体ディスプレイを開発することが望まれている。しかしながら、例えばスポーツの競技場、野球場またはコンサート会場のような広大な会場において、上記の立体ディスプレイを用いて多数の観客に立体画像を提示することは現実的には困難である。

【0006】

本発明の目的は、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示可能な立体ディスプレイを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る立体ディスプレイは、立体形状データに基づいて地面または床面からなる設置面を全体的または部分的に取り囲む観客席から観察者が観察可能な立体画像を提示するための立体ディスプレイであって、予め定められた設置面に配置され、複数の光線発生モジュールからなる光線発生モジュール群と、複数の光線発生モジュールを制御する制御手段とを備え、設置面に対して斜め外方の観客席の位置に視域が予め定義され、複数の光線発生モジュールの各々は、視域の任意の位置で観察者が両眼視差を知覚可能な角度間隔で複数の光線からなる光線群を上下方向の軸を中心として全方位に出射するとともに、視域の任意の位置で観察者が出射された光線群の少なくとも一つの光線を視認可能なように構成され、複数の光線発生モジュールは、それぞれ独立に設置面に設置可能でかつ取り除き可能に並べられ、制御手段は、立体形状データに基づいて、複数の光線発生モジュールにより出射される複数の光線により視域の任意の位置から視認可能な立体画像の各画素が構成されるように複数の光線発生モジュールを制御するものである。

【0008】

この立体ディスプレイにおいては、地面または床面からなる設置面が全体的または部分的に観客席により取り囲まれる。観客席の位置に視域が定義される。複数の光線発生モジュールが設置面に配置される。視域の任意の位置で観察者が両眼視差を知覚可能な角度間隔で複数の光線からなる光線群が、複数の光線発生モジュールの各々により上下方向の軸を中心として全方位に出射される。各光線発生モジュールにより出射された光線群の少なくとも一つの光線が視域の任意の位置で観察者により視認される。立体形状データに基づいて、複数の光線発生モジュールにより出射される複数の光線により視域の任意の位置から視認可能な立体画像の各画素が構成されるように、複数の光線発生モジュールが制御手段により制御される。

【0009】

この場合、観察者は、観客席における視域の任意の位置から立体画像の各画素を視認することにより立体画像を観察することができる。ここで、複数の光線発生モジュールは、それぞれ独立に設置面に設置可能でかつ取り除き可能であるので、設置面の大きさに応じて光線発生モジュールの数を増加させることにより、視域を拡張することができる。これにより、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。

【0010】

（２）光線発生モジュールは、光線を設置面に垂直な面内において第１の角度範囲で拡散させて出射するとともに設置面に平行な面内において第２の角度範囲で拡散させて出射し、第１の角度範囲は、第２の角度範囲よりも大きく設定されてもよい。

【0011】

この場合、設置面に垂直な方向に視域を拡張することができる。

【0014】

（３）複数の光線発生モジュールの各々は、視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ出射する複数の光線発生器を含んでもよい。

【0015】

この場合、複数の光線発生モジュールの各々は、視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ容易に出射することができる。

【0016】

（４）複数の光線発生モジュールの各々は、光を発生する発光素子と、発光素子により発生された光の方向を変化させることにより一定時間内で異なる方向の複数の光を出射する方向変更手段とを含んでもよい。

【0017】

この場合、複数の光線発生モジュールの各々は、少数の発光素子により視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ出射することができる。これにより、光線発生モジュールのコストを低減することができる。

【0018】

（５）各光線発生モジュールの複数の光線発生器は、上下方向の軸を中心とする円周上に内方を向くように配置されてもよい。
（６）各光線発生モジュールの複数の光線発生器は、上下方向の軸を中心とする円周上に外方を向くように配置されてもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイの外観斜視図である。

【図2】図１の立体ディスプレイの平面図である。

【図3】図１および図２の光線発生モジュールの構成を示す図である。

【図4】図３の取り付け部材に取り付けられる一の光線発生器の断面図である。

【図5】図１の立体ディスプレイの模式的断面図である。

【図6】図１の立体ディスプレイの模式的断面図である。

【図7】図１の立体ディスプレイの模式的断面図である。

【図8】図１および図２の立体ディスプレイの構成を示すブロック図である。

【図9】立体画像の提示方法を説明するための模式的平面図である。

【図10】本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。

【図11】第１の変形例における光線発生モジュールの構成を示す図である。

【図12】第２の変形例における光線発生モジュールの構成を示す図である。

【図13】第３の変形例における光線発生モジュールの構成を示す図である。

【図14】第４の変形例における光線発生モジュールの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（１）立体ディスプレイの構成
以下、本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイについて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイの外観斜視図である。図２は、図１の立体ディスプレイの平面図である。図１および図２に示すように、立体ディスプレイ１００は、複数の光線発生モジュール１０からなる光線発生モジュール群２０を含む。

【0022】

光線発生モジュール群２０は、設置面１１０に設置される。図１および図２では、一部の光線発生モジュール１０のみが図示されている。本実施の形態では、各光線発生モジュール１０は独立に構成される。そのため、設置面１１０に配置される光線発生モジュール１０の数を容易に調整することができる。本例において、設置面１１０は、例えば野球場のグラウンドである。設置面１１０に対して斜め外方の位置で光線発生モジュール群２０を取り囲むように環状の観客席１２０が設けられる。観客席１２０は、設置面１１０よりも上方に位置する。観客席１２０上の中段の高さに環状の視域５００が定義される。

【0023】

図３は、図１および図２の光線発生モジュール１０の構成を示す図である。図３（ａ）は光線発生モジュール１０の平面図を示し、図３（ｂ）は光線発生モジュール１０の斜視図を示す。図３に示すように、各光線発生モジュール１０は、複数（図３の例ではｎ個（ｎは２以上の整数））の光線発生器１および取り付け部材２を含む。

【0024】

図３（ａ）に示すように、取り付け部材２は、鉛直方向の軸を中心とする回転対称な半球面形状を有する。また、図３（ｂ）に示すように、取り付け部材２の下面は下方に凸となるように湾曲している。図３（ａ），（ｂ）に矢印で示すように、複数の光線発生器１は、取り付け部材２の内方を通って外方に向けて斜め上方にそれぞれ光を出射可能に、取り付け部材２の内周部に並ぶように等間隔に取り付けられる。

【0025】

各光線発生モジュール１０の複数の光線発生器１は、環状の視域５００に異なる方向の複数の光線Ｌ１〜Ｌｎからなる光線群を出射する。光線Ｌ１〜Ｌｎは、それぞれ任意の色に設定される。観客席１２０上の視域５００の任意の位置において、観察者である観客は、複数の光線発生モジュール１０の各々により出射された光線群の少なくとも一つの光線を視認することができる。本例においては、観客は、観客席１２０上の視域５００の任意の位置において、各光線発生モジュール１０から発生された光線Ｌ１〜Ｌｎのうちの一本を視認することができる。後述するように、設置面１１０の上方に立体画像３００が提示される。

【0026】

図４は、図３の取り付け部材２に取り付けられる一の光線発生器１の断面図である。図４に示すように、光線発生器１は、発光素子１１および筒状の遮光部材１２により構成される。発光素子１１は、例えば赤色光、緑色光および青色光を発生する３つのＬＥＤ（発光ダイオード）を含む。各ＬＥＤの輝度を制御することにより、発光素子１１から種々の色の光を発生することができる。

【0027】

発光素子１１により発生される光は、遮光部材１２により観客席１２０上の視域５００の特定の位置に光線として導かれる。これにより、観客は、観客席１２０上の視域５００の任意の位置で各光線発生モジュール１０から発生された光線Ｌ１〜Ｌｎのうちの一本を視認することができる。また、光線発生器１から発生された光線Ｌ１〜Ｌｎは、進行するように一定の角度範囲で拡散する。これにより、観客席１２０上の観客は、一本の光線を視域５００を中心とする一定範囲内の位置から視認することができる。

【0028】

図５〜図７は、図１の立体ディスプレイ１００の模式的断面図である。ここでは、設置面１１０の中心部の上方に立体画像３００の中心部が位置するものとする。図５および図６に示すように、設置面１１０の中心部から観客席１２０上の視域５００までの最短距離はＤである。観客席１２０上の視域５００は、設置面１１０から高さｈだけ上方に設定される。各光線発生モジュール１０の典型的な寸法（本例では直径）はｘである。

【0029】

この場合、設置面１１０の中心部と観客席１２０上の視域５００とを結ぶ直線が設置面１１０に対してなす角度θはｔａｎ^−１（ｈ／Ｄ）で与えられる。図３の複数の光線発生器１は、図３の取り付け部材２の外方に向けて角度θで光線Ｌ１〜Ｌｎを出射可能に取り付け部材２に取り付けられる。

【0030】

また、標準視力（例えば視力１．０）を有する観客の視覚の分解能は例えば１分（１／６０度）である。この場合、視域５００から設置面１１０の中心部に存在する光線発生モジュール１０を見た場合の視線の広がり角φ（図６参照）が１分以下である場合、標準視力を有する観客が各光線発生モジュール１０を識別することは困難である。視域５００から設置面１１０の中心部に存在する寸法ｘの光線発生モジュール１０を見た場合の視線の広がり角φはｘ／Ｄで与えられる。したがって、光線発生モジュール１０の寸法ｘは、（Ｄ×１分）以上である。

【0031】

上述したように、本例において、設置面１１０は、例えば野球場のグラウンドである。この場合、設置面１１０の中心部から観客席１２０上の視域５００までの典型的な最短距離Ｄは、例えば１００ｍである。また、設置面１１０からの観客席１２０の視域５００の典型的な高さｈは、例えば２０ｍである。したがって、複数の光線発生器１は、取り付け部材２の外方に向けて１０度の角度θで光線Ｌ１〜Ｌｎを出射可能に取り付け部材２に取り付けられることが好ましい。また、光線発生モジュール１０の寸法ｘは、３ｃｍ以上であることが好ましい。

【0032】

図７に示すように、視域５００から最も近くにある光線発生モジュール１０までの距離をＤｎとし、視域５００から最も遠くにある光線発生モジュール１０までの距離をＤｆとする。また、視域５００から最も近くにある光線発生モジュール１０と視域５００から距離ｙだけ上方にずれた位置とを結ぶ直線が光線の出射方向に対してなす角度をα１とする。同様に、視域５００から最も遠くにある光線発生モジュール１０と視域５００から距離ｙだけ下方にずれた位置とを結ぶ直線が光線の出射方向に対してなす角度をα２とする。

【0033】

上述のように、各光線発生モジュール１０は、取り付け部材２の外方に向けて設置面１１０に対して角度θをなす方向に光線を出射する。また、各光線発生モジュール１０の各光線発生器１は、出射する光線を上方に角度α１の範囲で拡散させかつ下方に角度α２の範囲で拡散させるように構成される。

【0034】

これにより、観客は、視域５００から距離ｙだけ上方にずれた位置と視域５００から距離ｙだけ下方にずれた位置との間の範囲において、複数の光線発生モジュール１０により出射される光線を確実に視認することができる。その結果、視域５００が実質的に上下方向に拡張される。

【0035】

図４の筒型の遮光部材１２は、断面楕円形状または長円形状を有する。遮光部材１２は、楕円形状または長円形状の長軸が設置面１１０に垂直な面内にあるように取り付け部材２に取り付けられる。この場合、光線発生器１は、遮光部材１２を通って視域５００に導かれる光線が上方に角度α１の範囲で拡散するとともに下方に角度α２の範囲で拡散する構成される。遮光部材１２を通った光線が設置面１１０に垂直な面内において拡散する角度範囲は、設置面１１０に平行な面内において拡散する角度範囲よりも大きい。

【0036】

筒型の遮光部材１２は、断面長方形またはその他の断面多角形を有してもよい。この場合、遮光部材１２は、断面多角形の最大径の方向が設置面１１０に垂直な面内にあるように取り付け部材２に取り付けられる。

【0037】

光線発生器１の遮光部材１２の長さまたは開口の大きさを調整することにより、光線の拡散角（α１＋α２）を適切に設定することができる。遮光部材１２が長い場合または開口が小さい場合には拡散角は小さくなり、遮光部材１２が短い場合または開口が大きい場合には拡散角は大きくなる。

【0038】

角度α１，α２のうち大きい方の角度をαとした場合、各光線発生モジュール１０の各光線発生器１は、出射する光線を上方に角度αの範囲で拡散させるとともに、下方に角度αの範囲で拡散させるように構成されてもよい。この場合、光線の拡散角を容易に調整することができる。

【0039】

（２）立体画像の提示方法
図８は、図１および図２の立体ディスプレイの構成を示すブロック図である。図８に示すように、立体ディスプレイ１００は、光線発生モジュール群２０に加えて、記憶装置３０および制御装置４０をさらに含む。

【0040】

記憶装置３０は、例えばハードディスク等の記憶装置を含む。記憶装置３０には、図１および図２の立体画像３００を提示するための立体形状データが記憶される。制御装置４０は、例えばパーソナルコンピュータからなる。制御装置４０は、記憶装置３０に記憶される立体形状データに基づいて、複数の光線発生モジュール１０の複数の光線発生器１を制御する。それにより、設置面１１０の上方に立体画像３００が提示される。

【0041】

各光線発生モジュール１０は、制御装置４０と同様の機能を有する制御装置を含んでもよい。この場合、複数の光線発生モジュール１０の複数の制御装置は、互いに有線で通信してもよいし、無線で通信してもよい。また、各光線発生モジュール１０が制御装置を含む場合、立体ディスプレイ１００には制御装置４０を含まなくてもよい。

【0042】

図９は、立体画像３００の提示方法を説明するための模式的平面図である。図９においては、３個の光線発生モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが示される。

【0043】

例えば、設置面１１０の上方の位置ＰＲに赤色の画素を提示する場合には、光線発生モジュール１０Ａの一の光線発生器１により位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＡ０が発生される。また、光線発生モジュール１０Ｂの一の光線発生器１により位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＢ０が発生される。さらに、光線発生モジュール１０Ｃの一の光線発生器１により位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＣ０が発生される。

【0044】

それにより、赤色の光線ＬＡ０，ＬＢ０，ＬＣ０の交点に点光源となる赤色の画素が提示される。この場合、観客の眼が位置ＩＡ０にある場合、位置ＩＢ０にある場合および位置ＩＣ０にある場合に、位置ＰＲに赤色の画素が見える。

【0045】

同様にして、設置面１１０の上方の位置ＰＧに緑色の画素を提示する場合には、光線発生モジュール１０Ａの他の光線発生器１により位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＡ１が発生される。また、光線発生モジュール１０Ｂの他の光線発生器１により位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＢ１が発生される。さらに、光線発生モジュール１０Ｃの他の光線発生器１により位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＣ１が発生される。

【0046】

それにより、緑色の光線ＬＡ１，ＬＢ１，ＬＣ１の交点に点光源となる緑色の画素が提示される。この場合、観客の眼が位置ＩＡ１にある場合、位置ＩＢ１にある場合および位置ＩＣ１にある場合に、位置ＰＧに緑色の画素が見える。

【0047】

このようにして、複数の光線発生モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々から立体画像３００の各位置を通る方向に提示すべき色の光線が出射される。

【0048】

図９の例においては、光線発生モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを含む複数の光線発生モジュール１０が設置面１１０に密に並べられる。これらの複数の光線発生モジュール１０から照射される光線群により設置面１１０の上方の空間が十分に密に交点群で満たされている場合、観客席１２０上のいずれの位置から設置面１１０の上方を観察しても位置ＰＲ，ＰＧを通過する適切な光線が観客の眼に入射する。これにより、人の眼はそこに点光源があるように認識する。

【0049】

実物体の表面にて反射または拡散した照明光を人は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置ＰＲ，ＰＧの色を複数の光線発生モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃより飛来する光線によって適切に再現することにより、立体画像３００を提示することができる。

【0050】

このようにして、立体画像３００を設置面１１０の上方の空間に提示することができる。この場合、多数の観客は、観客席１２０上における異なる位置で同一の立体画像３００をそれぞれ異なる方向から視認することができる。

【0051】

図３の複数の光線発生モジュール１０の複数の光線発生器１により発生される光線群の各光線Ｌ１〜Ｌｎの色は、記憶装置３０に記憶される立体形状データに基づいて制御装置４０により算出される。具体的には、制御装置４０は、立体形状データとして予め定義される三次元の立体形状の面と各光線との交点を求め、光線に与えるべき適切な色を算出する。

【0052】

制御装置４０は、算出した光線群の各光線の色に基づいて複数の光線発生モジュール１０の複数の光線発生器１を制御する。それにより、設置面１１０の上方に立体画像３００が提示されるように、各光線発生モジュール１０の複数の光線発生器１から設定された色をそれぞれ有する光線群が出射される。

【0053】

上記のようにして、本実施の形態に係る立体ディスプレイ１００によれば、立体画像３００の指向性表示が可能となる。

【0054】

（３）両眼視差の発生原理
ここで、本実施の形態に係る立体ディスプレイ１００における両眼視差の発生原理について説明する。図１０は、本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイ１００における両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。図１０において、右眼１３０Ｒに光線発生モジュール１０の一の光線発生器１ａにより発生された光線Ｌａが入射し、左眼１３０Ｌに光線発生モジュール１０の他の光線発生器１ｂから発生された光線Ｌｂが入射する。光線Ｌａ，Ｌｂの色は、互いに等しい。したがって、右眼１３０Ｒにより視認される光線Ｌａの色と左眼１３０Ｌにより視認される光線Ｌｂの色は等しい。

【0055】

光線Ｌａと光線Ｌｂとの交点に立体画像３００を構成する一つの点３００Ｐが作られる。点３００Ｐは、仮想的な点光源とみなすことができる。この場合、右眼１３０Ｒで点３００Ｐを見る方向と左眼１３０Ｌで点３００Ｐを見る方向とが異なる。すなわち、右眼１３０Ｒの視線方向と左眼１３０Ｌの視線方向との間に輻輳角がある。これにより、光線群により形成される画像の立体視が可能となる。

【0056】

一の光線発生モジュール１０により発生される光線群により上記の両眼視差が発生するためには、光線発生モジュール１０の一の光線発生器１ａにより発生された光線Ｌａが右眼１３０Ｒに入射し、他の光線発生器１ｂにより発生された光線Ｌｂが左眼１３０Ｌに入射する必要がある。そのため、各光線発生モジュール１０は、視域５００の任意の位置で標準視力を有する観客が両眼視差を知覚可能な角度ずつ異なる複数の光線を出射するように構成される。

【0057】

右眼１３０Ｒと左眼１３０Ｌとの間隔をｅとし、設置面１１０の中心部から観客席１２０上の視域５００までの最短距離をＤとする場合、設置面１１０の中心部に位置する光線発生モジュール１０からの光線Ｌａ，Ｌｂのなす角度ｃはｅ／Ｄで与えられる。複数の光線発生器１を角度ｃ以下の間隔で光線発生モジュール１０に配置することにより、両眼視差を確実に発生させることができる。

【0058】

設置面１１０の中心部から観客席１２０上の視域５００までの典型的な最短距離Ｄは、例えば１００ｍである。また、観客席１２０の右眼１３０Ｒと左眼１３０Ｌとの間の典型的な間隔ｅは、例えば６ｃｍである。したがって、複数の光線発生器１は、０．０３度以下の角度間隔で取り付け部材２に取り付けられることが好ましい。

【0059】

複数の光線発生器１を角度ｃ度以下の間隔で取り付け部材２に取り付けることが困難である場合には、複数の同心円上に複数の光線発生器１が並ぶように取り付け部材２に取り付けてもよい。この場合、一の同心円上の複数の光線発生器１は、他の同心円状の複数の光線発生器１と周方向にｃ度より小さい角度だけずれるように取り付けられる。それにより、複数の光線発生器１間の角度間隔を実質的に小さくすることができる。

【0060】

（４）光線発生モジュールの第１の変形例
図１１は、第１の変形例における光線発生モジュール１０の構成を示す図である。図１１（ａ）は光線発生モジュール１０の平面図を示し、図１１（ｂ）は光線発生モジュール１０の斜視図を示す。図３の各光線発生モジュール１０と同様に、図１１の第１の変形例における各光線発生モジュール１０は、複数（図１１の例ではｎ個（ｎは２以上の整数））の光線発生器１および取り付け部材２を含む。

【0061】

図１１（ａ）に示すように、取り付け部材２は、鉛直方向の軸を中心とする回転対称な半球面形状を有する。また、図１１（ｂ）に示すように、取り付け部材２の上面は上方に凸となるように湾曲している。図１１（ａ），（ｂ）に矢印で示すように、複数の光線発生器１は、取り付け部材２の外方に向けて斜め上方にそれぞれ光を出射可能に、取り付け部材２の外周部に並ぶように等間隔に取り付けられる。これにより、任意の色に設定された光が光線Ｌ１〜Ｌｎとして光線発生モジュール１０の斜め外方に出射される。

【0062】

（５）光線発生モジュールの第２の変形例
図１２は、第２の変形例における光線発生モジュール１０の構成を示す図である。図１２に示すように、第２の変形例における各光線発生モジュール１０は、複数（図１２の例ではｎ個（ｎは２以上の整数））の光線発生器１を含む。複数の光線発生器１は、円環状に並ぶように配置される。

【0063】

各光線発生器１は、発光素子１１ａ、レンズ１３およびプリズム１４を含む。本例において、発光素子１１ａは、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の画素からなる。ＬＣＤの各画素は、例えば赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ発生する３つの副画素により構成される。

【0064】

各光線発生器１の複数のレンズ１３および複数のプリズム１４は、発光素子１１ａの上方に配置される。各発光素子１１ａは、任意の色の光を発生する。各発光素子１１ａにより発生された光は、対応するレンズ１３を通った後、対応するプリズム１４に入射する。各プリズム１４は、入射した光の進行方向を変更させる。それにより、光線が光線発生モジュール１０の外方に向けて斜め上方に進行する。これにより、任意の色に設定された光線Ｌ１〜Ｌｎが光線発生モジュール１０の斜め外方に出射される。

【0065】

第２の変形例における光線発生モジュール１０の各光線発生器１は、プリズム１４に代えてミラーを含んでもよい。この場合、各発光素子１１ａにより発生された光は、対応するレンズ１３を通った後、対応するミラーにより反射される。それにより、光線が光線発生モジュール１０の外方に向けて斜め上方に進行する。これにより、任意の色に設定された光線Ｌ１〜Ｌｎが光線発生モジュール１０の斜め外方に出射される。

【0066】

（６）光線発生モジュールの第３の変形例
図１３は、第３の変形例における光線発生モジュール１０の構成を示す図である。図１３に示すように、第３の変形例における各光線発生モジュール１０は、１つの光線発生器１を含む。光線発生器１は、発光素子１１ｂ、レンズ１５および回転プリズム１６を含む。発光素子１１ｂは、例えば赤色光、緑色光および青色光を発生する３つのＬＥＤを含む。レンズ１５は、発光素子１１ｂの上方に配置される。回転プリズム１６は、レンズ１５の上方において鉛直軸を中心に回転可能に配置される。

【0067】

発光素子１１ｂは、回転プリズム１６の回転角度に対応して任意の色に設定された光を上方に発生する。発光素子１１ｂにより発生された光は、レンズ１５を通った後、発光素子１１ｂの上方で回転する回転プリズム１６に入射する。回転プリズム１６は、入射した光の進行方向を変更させる。それにより、回転プリズム１６の回転角度に応じて光線が光線発生モジュール１０の外方に向けて斜め上方に進行する。

【0068】

図８の制御装置４０は、一定時間内で異なる方向の複数の光が発生されるように回転プリズム１６を回転させるとともに、回転プリズム１６の回転角度に対応して発光素子１１ｂにより発生される光の色を制御する。これにより、回転プリズム１６が発光素子１１ｂ上で回転することにより、任意の色に設定された光線Ｌ１〜Ｌｎが時分割で光線発生モジュール１０の斜め外方に出射される。

【0069】

第３の変形例における光線発生モジュール１０の光線発生器１は、回転プリズム１６に代えてレンズ１５の上方において鉛直軸を中心に回転可能な回転ミラーを含んでもよい。この場合、発光素子１１ｂにより発生された光は、レンズ１５を通った後、回転ミラーにより反射されることにより、回転ミラーの回転角度に応じて光線発生モジュール１０の外方に向けて斜め上方に進行する。

【0070】

図８の制御装置４０は、一定時間内で異なる方向の複数の光が発生されるように回転ミラーを回転させるとともに、回転ミラーの回転角度に対応して発光素子１１ｂにより発生される光の色を制御する。これにより、回転ミラーが発光素子１１ｂ上で回転することにより、任意の色に設定された光線Ｌ１〜Ｌｎが時分割で光線発生モジュール１０の斜め外方に出射される。

【0071】

（７）光線発生モジュールの第４の変形例
図３の光線発生モジュール１０において、複数の光線発生器１は、１つの円周上に並ぶように取り付け部材２の内周部に取り付けられるが、これに限定されない。図１４は、第４の変形例における光線発生モジュール１０の構成を示す図である。図１４に示すように、複数の光線発生器１は、上下方向の位置が異なる複数（図１４の例では２つ）の円周上に並ぶように取り付け部材２の内周部に取り付けられる。

【0072】

上の円周上に配置される各光線発生器１による光線が設置面１１０に対してなす角度と、下の円周上に配置される各光線発生器１による光線が設置面１１０に対してなす角度とは異なる。この場合、観客席１２０上の観客は、光線発生器１により発生された光線を上下方向の任意の位置から容易に視認することができる。これにより、観客席１２０上の視域５００が上下方向に確実に拡張される。

【0073】

（８）実施の形態の効果
本実施の形態に係る立体ディスプレイ１００によれば、観客は、視域５００の任意の位置から立体画像３００の各画素を視認することにより立体画像３００を観察することができる。各光線発生モジュール１０は独立に構成される。そのため、設置面１１０に配置される光線発生モジュール１０の数を容易に調整することができる。したがって、設置面１１０の大きさに応じて光線発生モジュール１０の数を増加させることにより、視域５００を拡張することができる。これにより、広い空間で多数の観客に立体画像３００を提示することが可能になる。

【0074】

（９）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態において、光線発生モジュール群２０は、水平な設置面１１０に配置されるが、これに限定されない。光線発生モジュール群２０は、水平面に対して傾斜した設置面上または鉛直面上に配置されてもよい。例えば、設置面が建造物の壁面であってもよく、建造物の屋根の上面であってもよい。

【0075】

これらの場合、光線発生器１は、設置面の斜め外方に加えて、設置面の垂直な方向にも光線を出射可能に構成されてもよい。これにより、光線発生モジュール群２０の全方位を取り囲むように空間に視域５００が設定される。

【0076】

（ｂ）上記実施の形態においては、光線発生モジュール群２０を全体的に取り囲むように環状の視域５００が定義されるがこれに限定されない。設置面１１０が例えばコンサート会場の床面である場合には、光線発生モジュール群２０を部分的に取り囲むように視域５００が定義されてもよい。

【0077】

（ｃ）上記実施の形態において、出射された光線Ｌ１〜Ｌｎを透過させるように、光線発生モジュール１０の上部に異方性拡散部材または微小等方性拡散部材が設けられていてもよい。例えば、円錐状、逆円錐状、円筒状もしくは平板状の異方性拡散部材または微小等方性拡散部材が、図３の取り付け部材２上に設けられてもよい。あるいは、シート状の異方性拡散部材または微小等方性拡散部材が、図４の遮光部材１２の開口に設けられてもよい。あるいは、シート状の異方性拡散部材または微小等方性拡散部材が、図１２のプリズム１４または図１３の回転プリズム１６の光の透過面に貼り付けられてもよい。

【0078】

異方性拡散部材は、光線発生モジュール１０により出射された光線Ｌ１〜Ｌｎを周方向において拡散させずに透過させるとともに垂直方向において拡散させて透過させる。この場合、観客席１２０上の観客は、各光線Ｌ１〜Ｌｎを上下方向の一定範囲の位置から視認することができる。これにより、観客席１２０上の視域５００を上下方向に拡張することができる。

【0079】

微小等方性拡散部材は、光線発生モジュール１０により出射された光線Ｌ１〜Ｌｎを周方向において微小に拡散させて透過させるとともに垂直方向において微小に拡散させて透過させる。この場合、光線発生モジュール１０に異方性拡散部材を設けた場合と同様に、観客席１２０上の観客は、各光線Ｌ１〜Ｌｎを上下方向の一定範囲の位置から視認することができる。また、出射される複数の光線発生器１間の間隔を密にする必要がない。これにより、より少数の光線発生器１により図３、図１１または図１２の光線発生モジュール１０を構成することができる。

【0080】

（１０）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

【0081】

立体画像３００が立体画像の例であり、立体ディスプレイ１００が立体ディスプレイの例であり、設置面１１０が設置面の例であり、光線発生モジュール１０が光線発生モジュールの例であり、光線発生モジュール群２０が光線発生モジュール群の例である。制御装置４０が制御手段の例であり、視域５００が視域の例であり、光線Ｌ１〜Ｌｎが光線の例であり、光線発生器１が光線発生器の例であり、発光素子１１ｂが発光素子の例であり、回転プリズム１６が方向変更手段の例である。

【0082】

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
（１１）参考形態
（１１−１）参考形態に係る立体ディスプレイは、立体形状データに基づいて観察可能な立体画像を提示するための立体ディスプレイであって、予め定められた設置面に配置され、複数の光線発生モジュールからなる光線発生モジュール群と、複数の光線発生モジュールを制御する制御手段とを備え、設置面に対して斜め外方の位置に視域が予め定義され、複数の光線発生モジュールの各々は、視域に異なる方向の複数の光線からなる光線群を出射するとともに、視域の任意の位置で観察者が出射された光線群の少なくとも一つの光線を視認可能なように構成され、制御手段は、立体形状データに基づいて、複数の光線発生モジュールにより出射される複数の光線により視域の任意の位置から視認可能な立体画像の各画素が構成されるように複数の光線発生モジュールを制御するものである。
この立体ディスプレイにおいては、複数の光線発生モジュールが設置面に配置される。異なる方向の複数の光線からなる光線群が、複数の光線発生モジュールの各々により設置面に対して斜め外方の位置の視域に出射される。各光線発生モジュールにより出射された光線群の少なくとも一つの光線が視域の任意の位置で観察者により視認される。立体形状データに基づいて、複数の光線発生モジュールにより出射される複数の光線により視域の任意の位置から視認可能な立体画像の各画素が構成されるように、複数の光線発生モジュールが制御手段により制御される。
この場合、観察者は、視域の任意の位置から立体画像の各画素を視認することにより立体画像を観察することができる。ここで、設置面の大きさに応じて光線発生モジュールの数を増加させることにより、視域を拡張することができる。これにより、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。
（１１−２）光線発生モジュールは、光線を設置面に垂直な面内において第１の角度範囲で拡散させて出射するとともに設置面に平行な面内において第２の角度範囲で拡散させて出射し、第１の角度範囲は、第２の角度範囲よりも大きく設定されてもよい。
この場合、設置面に垂直な方向に視域を拡張することができる。
（１１−３）視域は、光線発生モジュール群を全体的または部分的に取り囲むように定義されてもよい。
この場合、視域を容易に拡張することができる。これにより、より多数の観察者が立体画像を観察することが可能になる。
（１１−４）複数の光線発生モジュールの各々は、視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ出射する複数の光線発生器を含んでもよい。
この場合、複数の光線発生モジュールの各々は、視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ容易に出射することができる。
（１１−５）複数の光線発生モジュールの各々は、光を発生する発光素子と、発光素子により発生された光の方向を変化させることにより一定時間内で異なる方向の複数の光を出射する方向変更手段とを含んでもよい。
この場合、複数の光線発生モジュールの各々は、少数の発光素子により視域に異なる方向の複数の光線をそれぞれ出射することができる。これにより、光線発生モジュールのコストを低減することができる。
（１１−６）複数の光線発生モジュールの各々は、視域の任意の位置で予め定められた標準視力を有する観察者が両眼視差を知覚可能な角度ずつ異なる複数の光線を出射するように構成されてもよい。この場合、観察者は立体画像を確実に立体視することができる。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明は、立体画像を表示する種々の立体ディスプレイに有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0084】

１，１ａ，１ｂ 光線発生器
２ 取り付け部材
１０，１０Ａ〜１０Ｃ 光線発生モジュール
１１，１１ａ，１１ｂ 発光素子
１２ 遮光部材
１３，１５ レンズ
１４ プリズム
１６ 回転プリズム
２０ 光線発生モジュール群
３０ 記憶装置
４０ 制御装置
１００ 立体ディスプレイ
１１０ 設置面
１２０ 観客席
１３０Ｌ 左眼
１３０Ｒ 右眼
３００ 立体画像
３００Ｐ 点
５００ 視域
ＩＡ０〜ＩＣ０，ＩＡ１〜ＩＣ１，ＰＧ，ＰＲ 位置
Ｌ１〜Ｌｎ，ＬＡ０〜ＬＣ０，ＬＡ１〜ＬＣ１，Ｌａ，Ｌｂ 光線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】