JP4576390B2 - 立体的二次元画像表示装置及び立体的二次元画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次元画像を空間に浮き出させて結像させることにより、奥行き感を持たせた立体的二次元画像を表示させる立体的二次元画像表示装置及び立体的二次元画像表示方法に関する。

画像表示装置は、家庭用のテレビをはじめ、アミューズメント分野のゲーム機器、訓練分野のフライトシミュレータ、医療分野の手術支援システム、建築分野の景観シミュレーション、携帯電話の表示部等種々の分野で用いられている。近年、これらの分野で用いられる画像表示装置では、アミューズメント性や視認性を向上させるため、高臨場感の得られる立体表示技術の開発が試みられている。立体表示装置は、視差情報を用いたものと、奥行き情報を用いたものに大別することができる。視差情報を用いたものは、さらに、偏光メガネを用いるものと、用いないものとに分けることができる。

例えば、視差情報方式で偏光メガネを用いないものには、レンチキュラーレンズ法があり、一画面に複数画面を潜像させ、一定幅の半円柱型レンズを水平方向につなぎ合わせた透過スクリーンを通して複数画面を見ることで、立体表現や動画表現を可能とする。具体的には、目視者の両目に対応した左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、レンチキュラーレンズ法は、一画面に複数の画面を潜像させるため、コンピュータ画像処理、レンチキュラーレンズ設計、レンズと画像との正確な組み合わせ作業が必要であり、高価になる傾向がある。また、奥行き情報を用いたものには三次元座標情報を全て表示する方式や、回折の効果により物体の反射光を完全に再現する電子ホログラフィシステムもあるが、情報量が多量となる。

これに対し、二次元画像をマイクロレンズアレイによって浮き出させて結像することで、簡単な構成で、あたかも立体画像が映し出されているように表示できる立体的二次元画像表示装置が提案されている。この立体的二次元画像表示装置は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面に表示する表示部と、画像表示面に離間して配置され、複数のレンズからなるマイクロレンズアレイからなり、表示部とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像（結像）の結像面を生成する。この立体的二次元画像表示装置によれば、非常に簡単な構成で、しかも、格段に少ない情報量で臨場感を得ることができた。

特開平１０−２２１６４４号公報

しかしながら、上記した従来の立体的二次元画像表示装置は、空間に二次元画像の結像面を生成するので、実像の浮き出し表示により奥行き感を生じさせ、非常に簡単な構成で、臨場感が得られるものの、常時、同じ浮き出し位置で立体的二次元画像を観察していると、浮き出し効果・意外性が低下し、高い演出効果を持続することが難しくなる問題があった。また、実像を浮き出させる結像面が単一であったため、奥行き違いの表現に限界があり、十分な立体感が得られず、これも高い演出効果を得る上での障害となっていた。

本発明が解決しようとする課題としては、浮き出し効果・意外性が低下し高い演出効果を持続することが難しくなるという問題と、十分な立体感が得られず高い演出効果を得る上での障害となっていた問題と、がそれぞれ一例として挙げられる。

請求項１記載の立体的二次元画像表示装置は、入射された光を内部で反転させた後、出射させ、正立等倍像である立体的二次元画像を一つの光軸上に結像させるマイクロレンズアレイと、前記一つの光軸上に前記マイクロレンズアレイに対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面を備え、前記画像表示面から光を前記マイクロレンズアレイに対して出射する複数の表示部と、前記立体的二次元画像の元となる映像信号を分配して前記複数の表示部にそれぞれ供給する映像信号供給部と、を備え、前記マイクロレンズアレイは、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲を持ち、個々の前記表示部と前記マイクロレンズアレイとの離間距離は、それぞれ個別に設定されることにより、複数の立体的二次元画像を空間に表示し、前記映像信号供給部は、前記複数の表示部に供給するそれぞれの映像信号を個別に変化させるように制御を行い、前記複数の表示部を前記一つの光軸に対する垂直面からそれぞれ傾けて配置し、前記複数の立体的二次元画像のそれぞれの結像面が互いに非平行で、且つ、交差するように設定することを特徴とする。

請求項７記載の立体的二次元画像表示方法は、入射された光を内部で反転させた後、出射させ、正立等倍像である立体的二次元画像を一つの光軸上に結像させるマイクロレンズアレイと、前記一つの光軸上に前記マイクロレンズアレイに対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面を備え、前記画像表示面から光を前記マイクロレンズアレイに対して出射する複数の表示部と、前記立体的二次元画像の元となる映像信号を分配して前記複数の表示部にそれぞれ供給する映像信号供給部と、を備えた装置における立体的二次元画像表示方法であって、前記マイクロレンズアレイは、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲を持ち、個々の前記表示部と前記マイクロレンズアレイとの離間距離を、それぞれ個別に設定することにより、複数の立体的二次元画像を空間に表示し、前記映像信号供給部は、前記複数の表示部に供給するそれぞれの映像信号を個別に変化させるように制御を行い、前記複数の表示部を前記一つの光軸に対する垂直面からそれぞれ傾けて配置し、前記複数の立体的二次元画像のそれぞれの結像面が互いに非平行で、且つ、交差するように設定することを特徴とする。

以下、本発明に係る立体的二次元画像表示装置及び立体的二次元画像表示方法の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明において、「立体的二次元画像」と言った場合には、空間中に表示された二次元画像のことを意味する。

≪第１の実施形態≫
まず、本発明に係る第１の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置１００の構成を表す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。

本実施形態による立体的二次元画像表示装置１００は、図１および図２に示すように、第１表示部１１、第２表示部２７、画像伝達パネル１７、およびハーフミラー１９を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。
第１表示部１１は、画像伝達パネル１７に対して二次元画像を投影する画像表示面１１ａを備え、同様に第２表示部２７は、画像伝達パネル１７に対して二次元画像を投影する画像表示面２７ａを備える。

第１表示部１１および第２表示部２７は、例えばその一例として、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いることができ、画像表示面１１ａ，２７ａと、図示しないバックライト照明部及び駆動回路等を備える。また、第１表示部１１および第２表示部２７は、上記ＬＣＤ以外にも、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electroluminescence）表示装置などを用いることができる。駆動回路は、後述の映像信号供給部から入力された映像信号に基づき、ＬＣＤへ表示駆動信号を出力し、奥行き感を持つ立体的な二次元画像を画像表示面１１ａ，２７ａに表示させる。

また、画像伝達パネル１７は、マイクロレンズアレイ２５によって構成され（詳細については後述）、立体的二次元画像表示装置１００内の所定の位置に配置される。第１表示部１１および第２表示部２７は、この画像伝達パネル１７に対してそれぞれ離間配置されることになる。この第１の実施形態においては、第１表示部１１は、画像伝達パネル１７の光軸上に配置され、かつ画像伝達パネル１７と平行に配置されている。

また、画像伝達パネル１７は、画像表示面１１ａ，２７ａから出射される光（投影される二次元画像）を結像させて複数の立体的二次元画像１３ａ，１３ｂを空間１５に表示させる。
この立体的二次元画像１３ａ，１３ｂは、マイクロレンズアレイ２５の作動距離に応じて定義される空間上の一平面に表示される。立体的二次元画像表示装置１００では、例えば図示しない筐体の前面に、その結像面２１ｂ，２１ａに表示される立体的二次元画像１３（１３ａ，１３ｂ）を正面から見ることができるように開口部が設けられる。

さらに、ハーフミラー１９は、図２に示すように、第１表示部１１から出射される光と、第２表示部２７から出射される光とが交わる位置に配置され、第１表示部１１からの光を透過させ、第２表示部２７から出射される光を第１表示部１１から出射される光に沿った方向に反射させる。

第１表示部１１から出射される光はハーフミラー１９を透過することから、第１表示部１１の画像表示面１１ａに表示された二次元画像は、画像伝達パネル１７を介して結像面２１ｂに立体的二次元画像１３ｂとして結像される。

また、第２表示部２７から出射される光はハーフミラー１９によって反射されることから、第２表示部２７の画像表示面２７ａに表示された二次元画像は、画像伝達パネル１７を介して結像面２１ａに立体的二次元画像１３ａとして結像される。
立体的二次元画像１３ａ，１３ｂの結像位置は、第１表示部１１および第２表示部２７と、画像伝達パネル１７とのそれぞれ離間距離に応じて決まるため、第１表示部１１と画像伝達パネル１７との離間距離及び第２表示部２７と画像伝達パネル１７との離間距離をそれぞれ個別に設定することによって、複数の結像面２１ａ、２１ｂは距離を持って形成され、光軸上に位置する視点から観察する観察者は、遠近感をもって個々の立体的二次元画像を観察することが可能となる。つまり、観察者は、目視方向の空間１５に、立体的二次元画像１３ａ、１３ｂを立体的二次元画像１３として目視できるようになる。なお、図２中、３１は、第２表示部２７の仮想位置を表す。

このようなハーフミラー１９によれば、第２表示部２７は、第１表示部１１からの出射光を遮ることなく、第１表示部１１と同様の一般的なＬＣＤを用いて、異なる立体的二次元画像１３ａ、１３ｂを空間１５に重ねて結像させることが可能となる。

≪第２の実施形態≫
次に、本発明に係る第２の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置１５０の概略構成図である。

立体的二次元画像表示装置１５０は、図３に示すように、第１表示部１１、第２表示部３３、画像伝達パネル１７を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。なお、第１の実施形態と同じものには同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
第２表示部３３は、二次元画像を投影する画像表示面３３ａを備え、画像伝達パネル１７の光軸上であり、第１表示部１１と画像伝達パネル１７との間に配置される。また、第２表示部３３は、画像表示面１１ａに対向する面から画像表示面３３ａに向けて光透過性を有しており、第１表示部１１から出射される光を透過させるとともに二次元画像を表示する。この第２表示部３３としては、例えば、発光型表示装置である有機ＥＬ表示装置を好適に用いることができる。

第２表示部３３が有機ＥＬ表示装置であれば、ハーフミラー１９を用いる第１の実施形態に比べ、第１表示部１１からの光の透過率を高めることができるので、結像面２１ｂに結像される第１表示部１１からの立体的二次元画像１３ｂを明るくすることができる。

また、第２表示部３３として有機ＥＬ表示装置を用いた場合、高い光透過率が得られ、また薄型であるので、画像伝達パネル１７の光軸上であって第１表示部１１と画像伝達パネル１７との間に複数の第２表示部３３を配置することが、より容易になる。図３に示す構成では、一つの第２表示部３３が設けられているが、これと平行に複数の第２表示部３３を配設することにより、観察者は、空間１５に、２つ以上の立体的二次元画像を重ねて目視できるようになり、より忠実な立体情報の表現を可能にすることができる。

≪第３の実施形態≫
次に、本発明に係る第３の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置２００を示す概略構成図である。

立体的二次元画像表示装置２００は、図４に示すように、第１表示部１１、第２表示部３３、第３表示部３５、画像伝達パネル１７を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。なお、第１の実施形態〜第２の実施形態と同じものには同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第３表示部３５は、第２表示部３３と同様に、画像表示面１１ａに対向する面から画像表示面３５ａに向けて光透過性を有しており、第１表示部１１から出射される光を透過させるとともに二次元画像を表示する。この第３表示部３５としては、例えば、発光型表示装置である有機ＥＬ表示装置を好適に用いることができる。

また、第３の実施形態における第３表示部３５は、画像伝達パネル１７を挟んで第１表示部１１とは反対側、画像伝達パネル１７と観察者との間に設置される。

この図４に示す立体的二次元画像表示装置２００では、第１表示部１１と画像伝達パネル１７との間に、この第２表示部３３を備えることにより、結像面２１ａにも立体的二次元画像を表示することができる。
従って、立体的二次元画像表示装置２００では、観察者は、目視方向の奥側に表示された第３表示部３５の二次元画像を目視するとともに、その手前で結像面２１ａ、２１ｂに結像された第１表示部１１と第２表示部３３からの立体的二次元画像を目視することとなる。この第３の実施形態によれば、第３表示部３５に表示された画像（例えば背景的画像）から、結像面２１ａ、２１ｂに結像される立体的二次元画像が浮き出して見え、立体感を高めることができる。さらに、ハーフミラー１９を用いていないので、立体的二次元画像表示装置２００をコンパクト化することができる。

また、立体的二次元画像表示装置２００によれば、例えば第３表示部３５と第１表示部１１（第２表示部３３）から同一の二次元画像を表示させることによって、立体的二次元画像の浮き出し効果・意外性をより高めることができる。さらに、第１表示部１１（第２表示部３３）からの二次元画像の表示をオフにすることによって、第３表示部３５からの通常の二次元画像の表示も可能となる。

≪第４の実施形態≫
次に、本発明に係る第４の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図５は、本発明に係る第４の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置２５０の概略構成図である。

立体的二次元画像表示装置２５０は、図５に示すように、第１表示部１１、第２表示部２９、画像伝達パネル１７、およびハーフミラー１９を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。なお、第１の実施形態〜第３の実施形態と同じものには同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第４の実施形態による立体的二次元画像表示装置２５０は、ハーフミラー１９と第２表示部２９が第１の立体的二次元画像表示装置１００と異なる位置にも配設されている。ハーフミラー１９は、画像伝達パネル１７を挟んで第１表示部１１とは反対側、画像伝達パネル１７と観察者との間に設置される。ハーフミラー１９は、図５に示すように、画像伝達パネル１７の光軸上で、画像伝達パネル１７を透過して第１表示部１１から出射される光と、第２表示部２９から出射される光とが交わる位置に配置され、第１表示部１１からの光を透過させ、第２表示部２９から出射される光を第１表示部１１から出射される光に沿った方向に反射させる。なお、図５中、９１は、第２表示部２９の仮想位置を表す。

この立体的二次元画像表示装置２５０では、第１表示部１１の画像表示面１１ａに表示された二次元画像は、画像伝達パネル１７を介して結像面２１ｂに立体的二次元画像として結像される。

また、第２表示部２９の画像表示面２９ａに表示された二次元画像は、ハーフミラー１９によって反射されることによって、図５中、９１の位置から表示されたことになる。従って、観察者は、目視方向の奥側、９１の位置に仮想的に表示された第２表示部２９の二次元画像を目視するとともに、その手前で結像面２１ｂに結像された第１表示部１１からの立体的二次元画像を目視することとなる。この第４の実施形態によれば、ハーフミラー１９を通して見える第２表示部２９に表示された二次元画像（例えば背景的画像）から、結像面２１ｂに結像される立体的二次元画像が浮き出して見え、立体感を高めることができる。
なお、本実施例では一部説明を簡略化したが、もちろん立体的二次元画像の結像面は複数面あってもよい。

≪第５の実施形態≫
次に、本発明に係る第５の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図６は、本発明の第５の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置３００の概略構成図である。

立体的二次元画像表示装置３００は、図６に示すように、第１表示部１１、第２表示部２９、画像伝達パネル１７、およびハーフミラー１９を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。なお、第１の実施形態〜第４の実施形態と同じものには同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

ハーフミラー１９は、図６に示すように、画像伝達パネル１７の光軸上で、画像伝達パネル１７を透過して第１表示部１１から出射される光と、第２表示部２９から出射される光とが交わる位置に配置され、第１表示部１１からの光を反射させ、第２表示部２９から出射される光を第１表示部１１から出射される光に沿った方向に透過させる。また、画像伝達パネル１７は、ハーフミラー１９と第１表示部１１との間に配置される。

この構成では、ハーフミラー１９を通して第２表示部２９が目視され、さらにハーフミラー１９に反射された第１表示部１１からの二次元画像が結像面２１ｂに結像される。従って、観察者は、目視方向の奥側で第２表示部２９に表示された画像を目視するとともに、その手前で結像面２１ｂに結像された第１表示部１１からの立体的二次元画像を目視することとなる。この第５の実施形態によれば、ハーフミラー１９を通して見える第２表示部２９に表示された二次元画像（例えば背景的画像）から、結像面２１ｂに結像される立体的二次元画像が浮き出して見え、立体感を高めることができる。
なお、本実施例では一部説明を簡略化したが、もちろん立体的二次元画像の結像面は複数面あってもよい。

≪第６の実施形態≫
次に、本発明に係る第６の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置について説明する。
図７は、本発明に係る第６の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置３５０の概略構成図である。

立体的二次元画像表示装置３５０は、図７に示すように、第１表示部１１、第２表示部２７、画像伝達パネル１７、およびハーフミラー１９を備え、図示しない映像信号供給部４１（詳細については後述）から供給される映像を再生する。

前述の第１の実施形態〜第５の実施形態では、各表示部（第１表示部１１、第２表示部２７）が光軸に対して略垂直に配置されているが、本実施形態においては、第１表示部１１及び第２表示部２７は、光軸に対して所定の角度をもって傾けて配置される。

すなわち、第１表示部１１は図７中に示されている軸に対する垂直面Ｖ１から所定の角度θ１傾けて配置され、第２表示部２７は、図７中に示されている軸に対する垂直面Ｖ２から所定の角度θ２傾けて配置される。

なお、図７の例は、光軸に対して第１表示部１１及び第２表示部２７を傾けた以外の各部の配置は、第１の実施形態と、ほぼ同様の配置であり、第１の実施形態と同じものには同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

この構成では、結像面２１ｂは光軸に対する垂直面Ｖ１と所定の角度θ１傾いており、立体的二次元画像１３ｂも傾いて結像する。また、結像面２１ａは光軸に対する垂直面Ｖ１と所定の角度θ２傾いており、立体的二次元画像１３ａも傾いて結像する。

図７に示す例では、さらに第１表示部１１と画像伝達パネル１７との離間距離及び第２表示部２７と画像伝達パネル１７との離間距離を調整し、結像面２１ｂと結像面２１ａとが略中央で交差するように配置する。
これにより、例えば図７のように、２つの映像（立体的二次元画像１３ｂ及び立体的二次元画像１３ａ）が中央で交差してぶつかるようなアミューズメント性の高い映像など、より多様な映像表現が可能となる。

さらに、本発明の他の実施の形態に係る構成では、画像伝達パネル１７として、結像位置可変手段を用いても良い。結像位置可変手段としては、一例として、画像伝達パネル１７に備えられた焦点可変レンズが挙げられる。

また、焦点可変レンズとしては、所謂液晶レンズを好適に用いることができる。焦点可変レンズとは、印加電圧の大きさを制御することにより、液晶分子の長軸の向きを垂直方向に連続的に変えることができるレンズである。従って、液晶分子の配向の方位に入射した光に対して、屈折率が連続的に変化することになる。

この焦点可変レンズを用いて焦点距離を変化させることにより、二次元画像の結像の位置が移動して表示され、画像の浮き出し量を可変させて、さらに、意外性・立体感を高めることができる。

≪各実施形態における映像再生方法≫
次に、各実施形態の立体的二次元画像表示装置における、各表示部の映像再生方法を説明する。
図８は映像信号供給部４１の概略構成を示すブロック図である。なお、図８においては、映像信号供給部４１から映像信号が供給される先は、第１表示部１１及び第２表示部２７となっており、第１の実施形態に対応した図面となっているが、これは一例であり、他の実施形態においても同様の映像信号再生方法となる。以下、第１の実施形態に対応して説明する。

映像信号供給部４１は、記録媒体４３に光ビーム４５を照射し、記録媒体４３上の記録ピットを読取るピックアップ４７と、ピックアップ４７からの再生信号を復調する復調部４９と、復調信号を第１表示部１１用、及び第２表示部２７用に分ける分配部５１と、それぞれの復調信号を入力し、画像情報信号と音声情報信号に分離して出力するデマルチプレクサ５３ａ、５３ｂと、画像情報信号をデコード処理し、ビデオ信号を出力するビデオデコーダ５５ａ、５５ｂと、音声情報信号をデコード処理し、オーディオ信号を出力するオーディオデコーダ５７ａ、５７ｂと、記録媒体４３を回転駆動するスピンドルモータ５９と、スピンドルモータ５９の回転制御とピックアップのフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御を行うサーボ回路６１と、ユーザー操作される操作部６３と、操作部６３からの操作信号に基づいて装置全体の制御を行うシステムコントローラ６５と、メモリ６７とから構成されている。

映像信号供給部４１は、映像信号が記録された記録媒体４３を再生し、第１表示部１１、第２表示部２７に映像信号を供給する。記録媒体４３には、奥行き感を持つような立体的な視覚的効果が施された二次元画像の映像信号が予め記録されている。
奥行き感を持つ立体的な二次元画像としては、より具体的には、遠近法にて描画された画像、観察者に近い結像面２１ｂに近景を大きく、観察者に遠い結像面２１ａに遠景を小さく表示する画像、前後の結像面２１ａ、２１ｂで近景と遠景とを交互に表示する画像、或いは動画像を表示するに際し近景の動きは早くかつ遠景の動きは遅く表示する画像等を挙げることができる。さらに、立体的二次元画像がより立体的に浮かび上がって見えるよう、立体的二次元画像以外の背景部分を黒色などの暗色としても良い。

次に、立体的二次元画像表示装置１００の動作を説明する。
図９は第１表示部１１及び第２表示部２７に表示される映像例を表した説明図、図１０は図９の映像が結像面に形成されることによって観察者により観察される映像を表した説明図である。

立体的二次元画像表示装置１００では、先ず、映像信号供給部４１において、記録媒体４３に記録された再生信号が復調部４９によって復調され、再生信号が分配部５１によって、第１表示部１１と、第２表示部２７（光透過性の第２表示部３３）とに分けられる。記録媒体４３には、遠近法にて描画された画像信号や、音声信号が予め記録されている。

分配部５１によって分けられたそれぞれの画像信号は、ビデオデコーダ５５ａ、５５ｂによってデコード処理され、ビデオ信号として第１表示部１１、第２表示部２７へ出力される。従って、第２表示部２７からハーフミラー１９を介して二次元画像を投影する光を画像伝達パネル１７へ向けて出射し、第１表示部１１から二次元画像を投影する光を画像伝達パネル１７へ向けて出射しすることによって、結像面２１ｂ、および結像面２１ａに立体的二次元画像が表示される。

第１表示部１１に表示される二次元画像は、観察者から見て手前側の結像面２１ｂに結像され、第２表示部２７に表示される二次元画像は観察者から見て奥側の結像面２１ａに結像される。例えば、同一物像を表示する場合には、図９（Ａ）に示すように、第１表示部１１には大きく、第２表示部２７には小さく描画した物像を表示する。その結果、手前側の結像面２１ｂに大きな物像７１ａ、奥側の結像面２１ａに小さな物像７１ｂが結像される。このような遠近法に合致した距離感で描写することにより、より一層効果的な立体表示が可能となる。

また、例えば、第１表示部１１、第２表示部２７に表示される物像７１ａ、７１ｂが前後に移動しているように表示する。
図９（Ａ）に示した一つのフレーム画像では大きな物像７１ａが手前側の結像面２１ｂの左側に表示され、小さな物像７１ｂが奥側の結像面２１ａの右側に表示されている。
図９（Ｂ）に示した他のフレーム画像では大きな物像７１ａが手前側の結像面２１ｂの右側に表示され、小さな物像７１ｂが奥側の結像面２１ａの左側に表示される。これら２つのフレーム画像を映像信号供給部４１によって交互に表示する。
つまり、前後の結像面２１ａ、２１ｂで近景の画像と、遠景の画像とを交互に切り替えるように表示する。これにより、立体的二次元画像の物像７１ａ、７１ｂが、図１０に示すように、左右の二つの物像が、交互に前後に動いているように観察されることになる。
このように、前後の結像面で連続的に同一物像を表示することによって、複数の結像面を移動しているような表示が可能になる。また、図９のような２面の結像面ではなく、３面以上の複数の結像面を移動するような表示も可能で、より演出効果が高くなる。さらに、画像の移動（切り替わり）が滑らかになるように、図９の左側の画像と右側の画像の間を補完するような画像を用意し、画像の切り替わりの間に挿入することも考えられる。その場合、画像の切り替わりの間は前後の結像面で同時に同一物像を表示することになる。

この他、動画像を表示するに際し近景の物体の動きは早くかつ遠景の物体の動きは遅く表示する。このような運動視差による経験的な知識を利用して映像を作ることで、より効果的な立体表示が可能となる。

図１１は、立体的二次元画像表示装置１００に、２つの画像を前後２面の結像面に重ね合わせて表示し、この前後２面の画像の輝度比を変化させることで２面間の任意の位置に奥行き位置を知覚できる立体錯視現象で輝度変調型立体表示方式、またはＤＦＤ（Depth-Fused 3-D ）方式と呼ばれる立体画像表示方式（NTT Technical Review Online ２００４年８月号Vol.2 No.8「前後２面のＬＣＤを積層した小型ＤＦＤディスプレイ」参照）を利用した場合の動作説明図である。

立体的二次元画像表示装置１００は、表示される立体的二次元画像をより遠近感をもって表示されるように、映像信号供給部４１によって、複数の結像面２１ａ、２１ｂの同一位置に、同一かつ輝度の異なる画像を表示させる上記ＤＦＤ方式を利用してもよい。
ＤＦＤ方式では、複数の点８１、８３、８５を奥行き方向に重ねて配置し、それぞれの点８１、８３、８５の輝度に差をつけると奥行き感が生じる現象を用いる。
図１１に示すように、２つの結像面２１ａ、２１ｂに、点８１、８３、８５を重ねて結像し、奥側の結像面２１ａに結像される点８１を明るくすれば、その点８１は遠くに感じ、手前側の結像面２１ｂに結像される点８５を明るくすれば、その点８５は近くに感じる。
また、２つの結像面２１ａ、２１ｂの点８３、８３の明るさを同じとすれば、その中間にあるように感じる。

ＤＦＤ方式は、一般的に２枚の画像表示装置を用いて行われているため、透明表示画面を透視して映像を目視する。よって、空間に浮き出した映像ではなく、ディスプレイ内部に表示される映像である。これに対し、立体的二次元画像表示装置１００では、空間１５に形成した複数の結像面２１ａ、２１ｂで輝度差をつけた点８１、８３、８５を重ねることができるので、飛び出し効果によって既に立体感が表現されている画像に、さらに輝度差による奥行き感が付加されることで、相乗効果的に立体感を格段に高めることができるようになる。もちろん、この実施の形態でも３面以上の表示も可能である。

最後に画像伝達パネル１７の構造について説明する。図１２は画像伝達パネル１７の拡大図である。

画像伝達パネル１７は、マイクロレンズアレイ２５によって構成される。マイクロレンズアレイ２５は、例えば、光透過性に優れたガラス又は樹脂からなる透明基板の両面に、複数のマイクロ凸レンズ２３が二次元状に配列されたレンズアレイ半体２５ａ、および２５ｂの二枚を一体化させて構成されている。

一方の面に形成された各マイクロ凸レンズ２３ａの光軸は、対向する位置に形成された他方の面に形成されたマイクロ凸レンズ２３ｂの光軸と同一となるように形成されており、また各レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂ間で隣り合うマイクロ凸レンズ２３ｂ、２３ａ同士の光軸も同一となるように重ね合わされている。

なお、本発明では、二枚のレンズアレイ半体２５ａ、２５ｂの各々の面（合計四面）の何れの面にもレンズアレイ面が構成されたマイクロレンズアレイ２５を利用した実施例を記載するが、マイクロレンズアレイ２５の構成としてはこれに限られるものではない。

マイクロレンズアレイ２５は、各表示部に対して設定された所定の離間距離（マイクロレンズアレイ２５の作動距離）だけ離れた位置に配置されている。このマイクロレンズアレイ２５（画像伝達パネル１７）は、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲を持つものである。

このマイクロレンズアレイ２５は、各表示部の画像表示面から出射された二次元画像を画像表示面と反対側の所定距離だけ離れた空間に結像させることにより、画像表示面に表示された二次元画像を、空間上の二次元平面である結像面に結像することによって立体的二次元画像が表示される。

この結像された二次元画像は、その画像が奥行き感を持つものである場合やディスプレイ上の背景画像が黒くコントラストが強調されているような場合には、空間上に浮いて表示されることから、正面の観察者からは、あたかも立体画像が映し出されているように見える。つまり、結像面に表示される二次元画像は、擬似的な立体画像、すなわち、立体的二次元画像として観察者に認識される。

マイクロレンズアレイ２５は、各表示部から入射された画像に対応する光をレンズアレイ半体２５ａ、２５ｂから入射させ、内部で一回反転させた後、レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂから出射させることが望ましい。これにより、マイクロレンズアレイ２５は、各表示部に表示された二次元画像を結像面上に正立の立体的二次元画像として表示することができる。

なお、マイクロレンズアレイ２５は、レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂを二枚一組で一体化するものに限らず、一枚で構成してもよく、また二枚以上の複数枚で構成してもよい。但し、このような一枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合、或いは三枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合においても、入射させた光を内部で一回反転させた後、出射させるようにして、正立の立体的二次元画像として表示させる。
マイクロレンズアレイ２５を、このような構成にすることにより、光を結像させる作動距離が単一ではなく、ある一定の有効な範囲をもつことになるため、複数の立体的二次元画像を結像させることが可能になる。つまり、複数の結像面を観察することが可能になる。

以上詳述したように、本発明の各実施形態に係る立体的二次元画像表示装置（１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０）によれば、一つの光軸上に光を結像させて立体的二次元画像を表示する画像伝達パネル１７と、前記一つの光軸上に画像伝達パネル１７に対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面（１１ａ、２７ａ）を備え、画像表示面（１１ａ、２７ａ）から光を画像伝達パネル１７に対して出射する複数の表示部（１１、２７）と、を備え、個々の表示部（１１、２７）と画像伝達パネル１７との離間距離は、それぞれ個別に設定されることにより、複数の立体的二次元画像（１３ａ、１３ｂ）を空間１５に表示することを特徴とするので、複数の結像面２１ａ、２１ｂを空間１５に形成することができ、浮出し効果・意外性を向上させることができるとともに、十分な立体感が得られ、高い演出効果を持続することができる。

また、本発明の各実施形態に係る立体的二次元画像表示方法によれば、一つの光軸上に光を結像させて立体的二次元画像を表示する画像伝達パネル１７と、画像伝達パネル１７に対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面（１１ａ、２７ａ）を備え、画像表示面（１１ａ、２７ａ）から光を画像伝達パネル１７に対して出射する複数の表示部（１１、２７）と、を備えた装置（１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０）における立体的二次元画像表示方法であって、個々の表示部（１１、２７）と画像伝達パネル１７との離間距離を、それぞれ個別に設定することにより、複数の立体的二次元画像を空間に表示することを特徴とするので、従来、一つであった結像面を、観察者の目視方向に複数配設することができ、それぞれの結像面２１ａ、２１ｂに遠近法に基づく画像を表示することで、従来に比べて立体感を大幅に向上させることができる。

第１の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 第２の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 第６の実施形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を示す図である。 映像信号供給部の概略構成を示すブロック図である。 第１表示部及び第２表示部に表示される映像例を表した説明図である。 図９の映像が結像面に形成されることによって観察者により観察される映像を表した説明図である。 本発明に係る立体的二次元画像表示装置にＤＦＤ方式を利用した場合の動作説明図である。 画像伝達パネルの構成図である。

符号の説明

１１ 第１表示部
１１ａ、２７ａ、３３ａ 画像表示面
１３ａ、１３ｂ 立体的二次元画像
１７ 画像伝達パネル
１９ ハーフミラー
２１ｂ 観察者に近い結像面
２１ａ 観察者に遠い結像面
２３ マイクロ凸レンズ（レンズ）
２５ マイクロレンズアレイ
２７ 第２表示部
３３ 光透過性の第２表示部
１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０ 立体的二次元画像表示装置

Claims (12)

1. 入射された光を内部で反転させた後、出射させ、正立等倍像である立体的二次元画像を一つの光軸上に結像させるマイクロレンズアレイと、
   前記一つの光軸上に前記マイクロレンズアレイに対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面を備え、前記画像表示面から光を前記マイクロレンズアレイに対して出射する複数の表示部と、
   前記立体的二次元画像の元となる映像信号を分配して前記複数の表示部にそれぞれ供給する映像信号供給部と、
   を備え、
   前記マイクロレンズアレイは、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲を持ち、
   個々の前記表示部と前記マイクロレンズアレイとの離間距離は、それぞれ個別に設定されることにより、複数の立体的二次元画像を空間に表示し、
   前記映像信号供給部は、前記複数の表示部に供給するそれぞれの映像信号を個別に変化させるように制御を行い、
   前記複数の表示部を前記一つの光軸に対する垂直面からそれぞれ傾けて配置し、
   前記複数の立体的二次元画像のそれぞれの結像面が互いに非平行で、且つ、交差するように設定することを特徴とする立体的二次元画像表示装置。
2. 前記マイクロレンズアレイは、
   ２次元状に配列された複数のレンズからなり、前記複数のレンズのそれぞれが同軸に配置された少なくとも一対の凸レンズからなることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
3. 前記立体的二次元画像表示装置は、
   前記表示部からの光を透過させるとともに、他の前記表示部からの光を反射させ、複数の前記表示部を前記一つの光軸上に合成する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体的二次元画像表示装置。
4. 前記複数の表示部うち少なくとも一つの表示部は、前記画像表示面に対向する面から前記画像表示面に向けて光透過性を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示装置。
5. 前記マイクロレンズアレイを挟んで前記表示部とは反対側の前記一つの光軸上に、さらに表示部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示装置。
6. 前記マイクロレンズアレイが、
   結像位置可変機能を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示装置。
7. 入射された光を内部で反転させた後、出射させ、正立等倍像である立体的二次元画像を一つの光軸上に結像させるマイクロレンズアレイと、
   前記一つの光軸上に前記マイクロレンズアレイに対して離間配置され、二次元画像を表示する画像表示面を備え、前記画像表示面から光を前記マイクロレンズアレイに対して出射する複数の表示部と、
   前記立体的二次元画像の元となる映像信号を分配して前記複数の表示部にそれぞれ供給する映像信号供給部と、
   を備えた装置における立体的二次元画像表示方法であって、
   前記マイクロレンズアレイは、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲を持ち、
   個々の前記表示部と前記マイクロレンズアレイとの離間距離を、それぞれ個別に設定することにより、複数の立体的二次元画像を空間に表示し、
   前記映像信号供給部は、前記複数の表示部に供給するそれぞれの映像信号を個別に変化させるように制御を行い、
   前記複数の表示部を前記一つの光軸に対する垂直面からそれぞれ傾けて配置し、
   前記複数の立体的二次元画像のそれぞれの結像面が互いに非平行で、且つ、交差するように設定することを特徴とする立体的二次元画像表示方法。
8. 前記表示部に、遠近法にて描画された画像を表示することを特徴とする請求項７記載の立体的二次元画像表示方法。
9. 複数の結像面に形成されるそれぞれの画像のうち、観察者に近い結像面に近景の画像を大きく、かつ観察者に遠い結像面に遠景の画像を小さく表示することを特徴とする請求項７又は８記載の立体的二次元画像表示方法。
10. 動画像を表示するに際し近景の物体の動きは速くかつ遠景の物体の動きは遅く表示することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示方法。
11. 複数の結像面において、前後の結像面に同時または連続的に同一物体画像を表示する請求項７乃至１０のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示方法。
12. 前記空間に表示した複数の立体的二次元画像に、輝度差をつけて重ねて表示させることにより、輝度変調型の立体表示画像を表示する請求項７乃至１１のいずれか１項記載の立体的二次元画像表示方法。

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