特許第6624513号(P6624513)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6624513
(24)【登録日】2019年12月6日
(45)【発行日】2019年12月25日
(54)【発明の名称】3次元像表示装置及び3次元像表示方法
(51)【国際特許分類】
   G02B 27/22 20060101AFI20191216BHJP
   H04N 13/302 20180101ALI20191216BHJP
   H04N 5/74 20060101ALI20191216BHJP
   G02B 13/00 20060101ALI20191216BHJP
【FI】
   G02B27/22
   H04N13/302
   H04N5/74 Z
   G02B13/00
【請求項の数】7
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2016-78035(P2016-78035)
(22)【出願日】2016年4月8日
(65)【公開番号】特開2017-187707(P2017-187707A)
(43)【公開日】2017年10月12日
【審査請求日】2018年7月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高田 英明
(72)【発明者】
【氏名】伊達 宗和
(72)【発明者】
【氏名】川上 徹
(72)【発明者】
【氏名】篠井 むつみ
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 芳人
【審査官】 外山 未琴
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2013/0009862(US,A1)
【文献】 特開2007−240965(JP,A)
【文献】 特開2016−200660(JP,A)
【文献】 米国特許第05782547(US,A)
【文献】 国際公開第2006/061959(WO,A1)
【文献】 国際公開第2006/001158(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 27/22
H04N 13/00−13/302
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像を表示する複数の画像表示部と、
焦点距離がf第1の光学系と、
前記複数の画像表示部が表示する画像であって前記第1の光学系により拡大された画像それぞれを空間中に結像させ、焦点距離がf第2の光学系であって前記第1の光学系との主平面間距離を(f+f)として配置された第2の光学系と、
を備え
前記複数の画像表示部のうち、一つの画像表示部は、前記一つの画像表示部の表示面から前記第1の光学系までの距離が(f)の位置に配置され、他の画像表示部は、前記他の画像表示部の表示面から前記第1の光学系までの距離が(f)から(f+(f/f))までの範囲に配置される、
3次元像表示装置。
【請求項2】
前記複数の画像表示部における各画像は、光合波器を介して重ね合わされ、前記第1の光学系の光軸に沿って前記第1の光学系に入射される、
請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項3】
前記複数の画像表示部における各表示面は、半透明であり、
前記複数の画像表示部は、前記第1の光学系の光軸に沿って並んで配置されている、
請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項4】
前記第1の光学系の光軸と前記第2の光学系の光軸とは、平行である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の3次元像表示装置。
【請求項5】
前記第1の光学系が複数ある場合、
前記第1の光学系ごとに前記複数の画像表示部を備え、
前記第1の光学系それぞれから前記第2の光学系までの距離は、等しい、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の3次元像表示装置。
【請求項6】
前記第1の光学系が有する光学素子のうち前記第2の光学系側に設けられている光学素子は、隣接する他の前記第1の光学系が有する光学素子のうち前記第2の光学系側に設けられている光学素子との間に隙間なく、前記第2の光学系の主面と平行に配置されている、
請求項5に記載の3次元像表示装置。
【請求項7】
画像を表示する複数の画像表示部と、焦点距離がf第1の光学系と、前記第1の光学系との主平面間距離を(f+f)として配置され焦点距離がf第2の光学系とを備える3次元像表示装置が行う3次元像表示方法であって、
第2の光学系が、前記複数の画像表示部が表示する画像であって前記第1の光学系により拡大された画像それぞれを空間中に結像させるステップ、
を有し、
前記複数の画像表示部のうち、一つの画像表示部は、前記一つの画像表示部の表示面から前記第1の光学系までの距離が(f)の位置に配置され、他の画像表示部は、前記他の画像表示部の表示面から前記第1の光学系までの距離が(f)から(f+(f/f)までの範囲に配置される、
3次元像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、3次元像表示装置及び3次元像表示方法に関する。
【背景技術】
【0002】
眼鏡などの器具を用いずに裸眼で見ることが可能な3次元像を表示する技術として、立体錯視現象(DFD(Depth-Fused 3-D)錯視現象)方式を用いた技術がある(特許文献1)。特許文献1に記載の技術では、2次元像を表示する複数の表示面を奥行き方向に重ね合わせ、観察者からの奥行き方向の距離に応じて表示面それぞれにおける像の輝度比を変化させることで、3次元像が表示される。
【0003】
しかし、特許文献1に記載の技術では、3次元像を表示させる装置に設けられた表示面又は複数の表示面の間に3次元像を表示させるため、3次元像は装置の内側に表示される。そのため、枠や表示面などがない空間中に3次元像を表示できず、空間中に3次元像で表される物体があたかも存在するような存在感の表現に改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第3022558号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述の事情に鑑み、本発明は、物体が空間中にあたかも存在するような3次元像を表示することができる3次元像表示装置及び3次元像表示方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、画像を表示する複数の画像表示部と、第1の光学系と、前記複数の画像表示部が表示する画像であって前記第1の光学系により拡大された画像それぞれを空間中に結像させる第2の光学系と、を備える3次元像表示装置である。
【0007】
また、本発明の一態様は、上記の3次元像表示装置において、前記複数の画像表示部における各表示面は、光合波器を介して前記第1の光学系の光軸に対して垂直に配置されており、前記複数の画像表示部における各表示面から前記第1の光学系までの距離は、互いに異なる。
【0008】
また、本発明の一態様は、上記の3次元像表示装置において、前記複数の画像表示装置における各表示面は、半透明であり、前記複数の画像表示装置は、前記第1の光学系の光軸に沿って並んで配置されている。
【0009】
また、本発明の一態様は、上記の3次元像表示装置において、前記第1の光学系の光軸と前記第2の光学系の光軸とは、平行である。
【0010】
また、本発明の一態様は、上記の3次元像表示装置において、前記第1の光学系が複数ある場合、前記第1の光学系ごとに前記複数の画像表示部を備え、前記第1の光学系それぞれから前記第2の光学系までの距離は、等しい。
【0011】
また、本発明の一態様は、上記の3次元像表示装置において、前記第1の光学系が有する光学素子のうち前記第2の光学系側に設けられている光学素子は、隣接する他の前記第1の光学系が有する光学素子のうち前記第2の光学系側に設けられている光学素子との間に隙間なく、前記第2の光学系の主面と平行に配置されている。
【0012】
また、本発明の一態様は、画像を表示する複数の画像表示部と、第1の光学系と、第2の光学系とを備える3次元像表示装置が行う3次元像表示方法であって、第2の光学系が、前記複数の画像表示部が表示する画像であって前記第1の光学系により拡大された画像それぞれを空間中に結像させるステップ、を有する3次元像表示方法である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、物体が空間中にあたかも存在するような3次元像を浮遊したように表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】第1の実施形態における3次元像表示装置の構成例を示す概略図。
図2】第2の実施形態における3次元像表示装置の構成例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における3次元像表示装置及び3次元像表示方法を説明する。なお、以下の実施形態では、同一の符号を付した構成要素は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。
【0016】
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態における3次元像表示装置の構成例を示す概略図である。第1の実施形態における3次元像表示装置は、画像表示デバイス11、12と、ハーフミラー13と、凸レンズ14と、フレネルレンズ15とを備える。
【0017】
画像表示部としての画像表示デバイス11、12は、不図示の装置から出力される画像情報を入力し、画像情報により表される画像を表示面に表示する。画像表示デバイス11、12は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置、あるいは液晶パネル又はDMD(Digital Mirror Device)などを用いたプロジェクション型表示装置である。画像表示デバイス11、12の表示面のサイズは、dである。画像表示デバイス11、12が表示する画像は、特許文献1に記載のDFD錯視現象方式を用いて3次元像を表示させる画像である。
【0018】
光合波器としてのハーフミラー13は、画像表示デバイス11が表示する画像を凸レンズ14へ向けて透過するとともに、画像表示デバイス12が表示する画像を凸レンズ14へ向けて反射する。ハーフミラー13として、キューブ型ビームスプリッタ又はプレート型ビームスプリッタのいずれが用いられてもよい。また、3次元像表示装置が2つの画像表示デバイス11、12を備える場合、反射率と透過率とが等しいビームスプリッタを用いることが好ましい。
【0019】
第1の光学系としての凸レンズ14は、焦点距離がfであり、かつサイズがdのレンズである。凸レンズ14は、画像表示デバイス11の表示面からfの距離に配置されている。画像表示デバイス12の表示面からハーフミラー13を介した凸レンズ14までの光学的距離は(f+a)である。すなわち、画像表示デバイス12は、画像表示デバイス11に比べ、凸レンズ14から距離aだけ離れた位置に配置されている。凸レンズ14には、画像表示デバイス11が表示する画像であってハーフミラー13を透過した画像と、画像表示デバイス12が表示する画像であってハーフミラー13で反射した画像とを重ね合わせて得られた画像が入射する。凸レンズ14の主面は、画像表示デバイス11の表示面と平行であるとともに、画像表示デバイス12の表示面と垂直である。なお、図1においては、1つの凸レンズ14により第1の光学系が形成される例を示しているが、複数のレンズを組み合わせて第1の光学系が形成されてもよい。
【0020】
第2の光学系としてのフレネルレンズ15は、焦点距離がfのレンズであり、凸レンズ14に対して画像表示デバイス11、12と反対側に配置されている。フレネルレンズ15の光軸と凸レンズ14の光軸とは同じ軸上にある。凸レンズ14及びフレネルレンズ15の主平面間距離は、(f+f)である。なお、第2の光学系としてフレネルレンズ15を用いる構成を説明するが、同じ結像特性を有するレンズであれば一般的なレンズを用いてもよい。また、第2の光学系を形成するにあたり、複数のレンズを組み合わせてもよい。
【0021】
図1に示す構成例では、画像表示デバイス11、12が表示する画像それぞれを重ね合わせるためにハーフミラー13を用いる構成を示しているが、凸レンズ14からの距離差がaである光学的な位置関係を保つ限り、ハーフミラー13を用いずともよい。例えば透明な液晶ディスプレイパネルを凸レンズ14と距離fの間隔を設けて凸レンズ14の光軸上に配置し、配置した透明な液晶ディスプレイパネルと距離aの間隔を設けて凸レンズ14から(f+a)の距離に他の液晶ディスプレイパネルを凸レンズ14の光軸上に配置してもよい。
【0022】
また、図1に示す構成例では、3次元像表示装置が2つの画像表示デバイス11、12を備え、2つの画像を重ね合わせる構成を示しているが、3つ以上の画像を重ね合わせる構成であってもよい。3つ以上の画像を重ね合わせる場合、光合波器としての複数のビームスプリッタを組み合わせて3つ以上の画像を重ね合わせて得られる画像が凸レンズ14に入射されるようにしてもよいし、3つ以上の半透明な液晶ディスプレイパネルを所定の間隔を設けて凸レンズ14の光軸上に配置してもよい。
【0023】
図1に示す3次元像表示装置では、画像表示デバイス11の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ14にて屈折され、フレネルレンズ15においてサイズdの投影像となる。画像表示デバイス11の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ14及びフレネルレンズ15を通して、フレネルレンズ15に対して凸レンズ14が配置されている側と反対側におけるフレネルレンズ15から距離fの位置に結像される。すなわち、フレネルレンズ15の後方焦点面に、画像表示デバイス11が表示する画像を拡大した拡大空中像16が空中結像する。フレネルレンズ15から距離fの位置に結像される画像表示デバイス11の画像のサイズは、(f/f)dである。また、画像表示デバイス11の表示面の端部と凸レンズ14の主点とを結ぶ直線と、凸レンズ14の光軸とがなす角度はθである。
【0024】
また、画像表示デバイス12の表示面におけるサイズdの画像は、ハーフミラー13で反射された後に凸レンズ14に入射し凸レンズ14にて屈折されて、フレネルレンズ15において画像表示デバイス11の投影像より小さいサイズの投影像となる。画像表示デバイス12の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ14及びフレネルレンズ15を通して、フレネルレンズ15に対して凸レンズ14が配置されている側と反対側におけるフレネルレンズ15から距離(f−(f/fa)の位置に結像される。すなわち、画像表示デバイス11の画像に対する拡大空中像16の位置からフレネルレンズ15側に距離((f/fa)だけ近づいた空間中に、画像表示デバイス12が表示する画像を拡大倍率(f/f)で拡大した拡大空中像17が結ばれる。フレネルレンズ15から距離(f−(f/fa)の位置に結像される画像表示デバイス12の画像に対する拡大空中像17のサイズは、(f/f)dである。
【0025】
また、凸レンズ14のレンズ瞳の拡大像は、フレネルレンズ15に対して凸レンズ14が配置されている側と反対側におけるフレネルレンズ15から距離((f/f)(f+f))の位置に現れる。凸レンズ14のレンズ瞳の拡大像は、空間結像アイリス面18であり、画像表示デバイス11、12により表示される画像が空間中に結像した拡大空中像の観察に適した距離である。また、凸レンズ14及びフレネルレンズ15の光軸に対して線対称な、無限遠5角形視域A1が形成される。
【0026】
図1に示す構成例では、凸レンズ14に対する画像表示デバイス11、12の位置を前後に移動させても、画像の拡大空中像の拡大倍率は(f/f)で固定となる。また、拡大空中像16、17がフレネルレンズ15に潜り込んでも拡大倍率は(f/f)で固定となる。画像表示デバイス11、12の表示面のサイズがdである場合、画像表示デバイス11、12の位置に依らず、拡大空中像(拡大虚像)のサイズは、(f/f)dとなる。この特徴は、特許文献1に記載されているDFD錯視現象方式において非常に都合の良い特性である。
【0027】
さらに、画像表示デバイス11、12を凸レンズ14の光軸方向に距離aだけ移動させると、拡大空中像が結像する位置が距離(f/fa移動する。拡大倍率(f/f)の2乗で拡大空中像を移動させることができるため、画像表示デバイス11、12を僅かに移動させるだけで、拡大空中像16、17の結像位置を奥行き方向(光軸方向)に大きく移動させることができる。例えば、(f/f)=10の場合、(f/f)2=100であり、画像表示デバイス12を1mm(a=1mm)移動させると画像表示デバイス11、12の画像に対する拡大空中像16、17の間隔を100mmにすることができる。
【0028】
第1の実施形態における3次元像表示装置は、空間結像アイリス面18の位置及びサイズが、拡大空中像16、17の位置に依らず、凸レンズ14とフレネルレンズ15との配置及び焦点距離に基づいて定まる点で、優れている。すなわち、画像表示デバイス11、12が表示する画像の拡大空中像16、17が結像する位置は、観察者の視点位置に影響されない。これは、図1に示されるように、空間結像アイリス面を結像させているフレネルレンズ15と入射側の焦点距離fの凸レンズ14との位置関係が、画像表示デバイス11、12の位置に依らず常に固定となっていることからわかる。空間結像アイリス面のサイズは、(f/f)d1である。空間結像アイリス面の結像位置は、フレネルレンズ15から(f/f)(f+f)の距離である。
【0029】
第1の実施形態における3次元像表示装置が、画像を表示する2つの画像表示デバイス11、12と、画像表示デバイス11、12により表示される画像を重ね合わせて拡大投影する凸レンズ14と、凸レンズ14により拡大投影された画像それぞれを空間中に結像させるフレネルレンズ15と、を備えることにより、物体が空間中にあたかも存在するような3次元像を表示することができる。また、3次元像表示装置によれば、3Dメガネなどの特殊な器具を用いずとも、空間中に浮遊した存在感の高い3次元像を表示することができる。また、3次元像の視域は、図1に示した無限遠5角形視域A1のように広くなるため、多人数に対して同時に3次元像を表示することができる。
【0030】
[第2の実施形態]
図2は、第2の実施形態における3次元像表示装置の構成例を示す概略図である。第2の実施形態における3次元像表示装置は、画像表示デバイス11、12、21、22、31、32と、ハーフミラー13、23、33と、凸レンズ14、24、34と、フレネルレンズ15とを備える。第2の実施形態における3次元像表示装置は、図1に示した第1の実施形態における3次元像表示装置に、画像表示デバイス21、22、31、32と、ハーフミラー23、33と、凸レンズ24、34とを加えた構成を有する。
【0031】
画像表示部としての画像表示デバイス21、22(31、32)は、画像表示デバイス11、12と同様に、不図示の装置から出力される画像情報を入力し、画像情報により表される画像を表示面に表示する。画像表示デバイス21、22(31、32)の表示面のサイズは、dである。画像表示デバイス21、22(31、32)が表示する画像は、特許文献1に記載のDFD錯視現象方式を用いて3次元像を表示させる画像である。
【0032】
光合波器としてのハーフミラー23(33)は、ハーフミラー13と同様に、画像表示デバイス21(31)が表示する画像を凸レンズ24(34)へ向けて透過するとともに、画像表示デバイス22(32)が表示する画像を凸レンズ24(34)へ向けて反射する。
【0033】
第1の光学系としての凸レンズ24(34)は、凸レンズ14と同様に、焦点距離がfであり、かつサイズがdのレンズである。凸レンズ24(34)は、画像表示デバイス21(31)の表示面からfの距離に配置されている。画像表示デバイス22(32)の表示面からハーフミラー23(33)を介した凸レンズ24(34)までの光学的距離は(f+a)である。すなわち、画像表示デバイス22(32)は、画像表示デバイス21(31)に比べ、凸レンズ24(34)から距離aだけ離れた位置に配置されている。凸レンズ24(34)には、画像表示デバイス21(31)が表示する画像であってハーフミラー23(33)を透過した画像と、画像表示デバイス22(32)が表示する画像であってハーフミラー23(33)で反射した画像とを重ね合わせて得られた画像が入射する。
【0034】
第2の実施形態における画像表示デバイス11、12とハーフミラー13と凸レンズ14とフレネルレンズ15とにおける相対的な位置関係は、図1に示した3次元像表示装置における位置関係と同じである。画像表示デバイス21、22とハーフミラー23と凸レンズ24とにおける相対的な位置関係は、画像表示デバイス11、12とハーフミラー13と凸レンズ14とにおける相対的な位置関係と同じである。また、画像表示デバイス31、32とハーフミラー33と凸レンズ34とにおける相対的な位置関係は、画像表示デバイス11、12とハーフミラー13と凸レンズ14とにおける相対的な位置関係と同じである。
【0035】
凸レンズ24、34は、凸レンズ24、34の主面は凸レンズ14の主面と同じ平面となる位置に配置される。凸レンズ24は、凸レンズ14に隣接した位置に隙間なく配置される。凸レンズ34は、凸レンズ14に対して凸レンズ24と反対側に凸レンズ14に隣接した位置に隙間なく配置される。すなわち、3つの凸レンズ14、24、34(光学素子)は、凸レンズ34、凸レンズ14、凸レンズ24の順に接触させて配置され、レンズアレイを形成する。
【0036】
図2に示す3次元像表示装置では、画像表示デバイス21(31)の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ24(34)にて屈折され、フレネルレンズ15においてサイズdの投影像となる。ただし、凸レンズ24(34)は、凸レンズ14に対して距離dずれた位置に配置されているため、投影像もフレネルレンズ15において距離dずれた位置に投影される。
【0037】
画像表示デバイス21(31)の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ24(34)及びフレネルレンズ15を通して、フレネルレンズ15に対して凸レンズ24(34)が配置されている側と反対側におけるフレネルレンズ15から距離fの位置に結像される。すなわち、フレネルレンズ15の後方焦点面に、画像表示デバイス21(31)が表示する画像を拡大した拡大空中像26(36)が空中結像する。フレネルレンズ15から距離fの位置に結像される画像表示デバイス21(31)の画像のサイズは、(f/f)dである。画像表示デバイス11、21、31が表示する各画像に対する拡大空中像16、26、36は、フレネルレンズ15の後方焦点面の同じ位置に、同じ拡大率(f/f)で空中結像されるため、拡大空中像16、26、36を重ね合わせた多重拡大空中像46として現れる。よって、多重拡大空中像46は、空中結像マルチビューディスプレイとして機能する。
【0038】
画像表示デバイス22(32)の表示面におけるサイズdの画像は、ハーフミラー23(33)で反射された後に凸レンズ24(34)に入射し凸レンズ24(34)にて屈折された、フレネルレンズ15において画像表示デバイス21(31)の投影像より小さいサイズの投影像となる。画像表示デバイス22(32)の表示面におけるサイズdの画像は、凸レンズ24(34)及びフレネルレンズ15を通して、フレネルレンズ15に対して凸レンズ24(34)が配置されている側と反対側におけるフレネルレンズ15から距離(f−(f/fa)の位置に結像される。
【0039】
すなわち、画像表示デバイス21(31)の画像に対する拡大空中像26(36)の位置からフレネルレンズ15側に距離((f/fa)だけ近づいた空間中に、画像表示デバイス22(31)が表示する画像を拡大倍率(f/f)で拡大した拡大空中像27(37)が結ばれる。フレネルレンズ15から距離(f−(f/fa)の位置に結像される画像表示デバイス22(32)の画像に対する拡大空中像27(37)のサイズは、(f/f)dである。拡大空中像27(37)は、凸レンズ14の位置に対して凸レンズ24(34)が位置する方向にずれて結像する。
【0040】
なお、図2において、拡大空中像17、27、37それぞれをフレネルレンズ15の光軸方向にずらして示しているが、拡大空中像17、27、37の結像位置の主面方向のずれを示すためであって、拡大空中像17、27、37の結像位置は、フレネルレンズ15から距離(f−(f/fa)の位置である。
【0041】
図2に示す3次元像表示装置は、DFD錯視現象方式を用いた3次元像をフレネルレンズ15の主面に平行な方向に拡張した構成を有している。図1に示したように空間結像アイリス面18の位置及びサイズが凸レンズ14の光軸方向における画像表示デバイス11、12の位置に依存しないのと同様に、凸レンズ24(34)の空間結像アイリス面28(38)も画像表示デバイス21、22(31、32)の位置に依存しないので、凸レンズ24(34)とフレネルレンズ15との配置及び焦点距離に基づいて定まる。図2に示す3次元像表示装置は、凸レンズ14、24、34が平行に隙間なく配置されているため、凸レンズ14、24、34からなるレンズアレイの像をフレネルレンズ15が拡大倍率(f/f)で結像位置(f/f)(f+f)の距離に、空間結像アイリス面18、28、38のアレイとして、ギャップ及びオーバーラップなく隣接して空中に結像させる。
【0042】
フレネルレンズ15に近づく方向に、距離(f/faだけシフトした位置に結像する拡大空中像17、27、37は、DFD錯視現象方式を用いた表示の手前の多重拡大空中像46に対し観察方向の中心位置に合わせて、横方向に少しずつずれて結像する。これは、DFD錯視現象方式による3次元像を見る際に斜めから見る場合は、見る方向に合わせて奥行き方向において奥に位置する表示面がずれて結像するため、斜めDFD錯視現象方式による3次元像の表示として理想的な配置となる。
【0043】
また、d≦dである場合には、視域が遠方に無限に存在する無限遠5角形視域A1、A2,A3が形成される。d>dである場合には、遠方に行くに従って視域が狭くなり、閉じた領域に限定されたダイヤモンド形視域となる。ダイヤモンド形視域は、一般的なマルチビューディスプレイや裸眼3D表示方式に多く用いられている構成である。DFD錯視現象方式では、右眼と左眼とに対して異なる画像を表示しなくても立体表示が可能であり、一視域の幅を両眼の眼間距離より大きく取ることができるため、無限遠5角形視域とするとこで視域数を大幅に削減して構成を簡略化、かつ表示に必要な情報量を大幅に削減でき、また、横方向にも奥行き方向にも広い視域を確保できる大きな利点がある。
【0044】
第2の実施形態における3次元像表示装置は、第2の光学系としてのフレネルレンズ15の主面と平行に、第1の光学系としての凸レンズ14、24、34を並べてマルチビュー表示として展開する場合でも、フレネルレンズ15の主面と平行な方向の視域の切れ目が全ての奥行き方向の画像表示デバイスで一致するため、クロストークのない非常に優れた連続した3次元像表示を実現することができる。また、画像表示デバイス11、12と、画像表示デバイス21、22と、画像表示デバイス31、32とのぞれぞれの画像により形成される異なる3次元像の視域が空間結像アイリス面において連続しているため、3次元像表示装置は、空間結像アイリス面を移動する観察者に対して、なめらかな運動視差を有する3次元像を提供できる。また、3次元像表示装置による3次元像の視域は広いため、多人数で同時に同じ浮遊3次元像を見ることができる。
【0045】
また、第2の実施形態における3次元像表示装置は、空間結像アイリス面が奥行き方向の画像表示デバイスそれぞれの位置に依存せず、全ての空間結像アイリス面が一致する特性より、一視域の空間結像アイリス面の横には光が到達しないため、ここに隣の横方向DFD錯視現象方式の空間結像アイリス面を隣接させると、ギャップもクロストークもない、横方向のマルチビューDFD錯視現象方式の3次元像を空中に表示できる。
【0046】
なお、第2の実施形態では、フレネルレンズ15の主面(又は光軸に対して直交する面)に平行に3つの凸レンズ14、24、34(第1の光学系)を隙間なく並べる構成を説明した。しかし、2つ又は4つ以上の凸レンズと、当該凸レンズに対応して設けられる複数の画像表示デバイスとを備え、2つ又は4つ以上のクロストークのない連続した3次元像を表示してもよい。
【0047】
上述の各実施形態における3次元像表示装置によれば、フレネルレンズ15に対して観察者側の空間中に3次元像を結像させることができるため、3Dメガネのような特殊な器具を用いることなく、画像表示デバイスにて表示する物体が空間中にあたかも存在するような存在感のある3次元像を表示できる。すなわち、3次元像表示装置は、表示面や枠のない空間中に3次元像を結像させることができ、空中浮遊3次元像を表示できる。3次元像表示装置による3次元像は空間中に表示されるため、観察者が3次元像に手をかざすことで像のサイズ感を得ることができる。また、3次元像表示装置は、凸レンズ14、24、34から異なる距離に配置された画像表示デバイス11、12、21、22、31、32により表示される画像をフレネルレンズ15からの距離が異なる位置に結像させることで、各画像を重ねて見ることができる領域を広くでき、3次元像の視域を広げることができる。
【0048】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
物体が空間中にあたかも存在するような3次元像を表示することが不可欠な用途にも適用できる。
【符号の説明】
【0050】
11、12、21、22、31、32…画像表示デバイス
13、23、33…ハーフミラー
14、24、34…凸レンズ
15…フレネルレンズ
16、17、26、27、36、37…拡大空中像
46…多重拡大空中像
18、28、38…空間結像アイリス面
A1、A2、A3…無限遠5角形視域
図1
図2