JP2010008740A - ３次元表示装置、画像作成装置、及び画像表示システム - Google Patents

３次元表示装置、画像作成装置、及び画像表示システム Download PDF

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Abstract

【課題】
観察者に対して自然な３次元像を表示することができる３次元表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明の３次元表示装置は、複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと、当該画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、当該レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備える。そして、それぞれの画素とレンズとの間隔を一定に保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像を空間的に合致させることで３次元像を表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は２次元表示体から３次元像を観察することができる３次元表示装置、画像作成装置、及び画像表示システムに関するものである。
近年、臨場感やリアル感を向上させることを目的として、空間に画像を結像する空間像型表示装置の開発が活発となってきている。空間像型表示には、２次元表示方式と３次元表示方式とがある。２次元表示方式の代表は、ＨＭＤ（Head Mounted Display）であり、表示装置が表示した画像を観察者の眼前の空間で結像させて、その虚像を観察する方式である。これに対して、３次元表示方式は、一般的に立体表示若しくは３Ｄ表示とも呼ばれ、２次元表示で表示される虚像に奥行きを持たせる方式である。
この３次元表示方式の代表は電子ホログラム方式である。電子ホログラム方式とは、レーザ等の参照光と記録の対象となる物体からの物体光との重ね合わせにより発生する干渉縞を記録しておき、再生する際には、当該干渉縞に参照光を照射することで３次元像を再現する方式である。この電子ホログラム方式は、人間の視覚機能に自然な立体表示方式として期待される３次元表示方式であるが、克服しなければならない技術的ハードルが高く、未だ情報処理装置としての実用化はなされていないのが現状である。
電子ホログラム方式と同様に３次元表示方式としてバーチャルリアリティーと称される表示方式がある。このバーチャルリアリティー方式は、観察者の左右の眼前に別々の２次元表示装置を設置し、３次元像が形成されるよう各々に補正した画像を２次元表示装置に表示させる方式である（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３１９２４０号公報
しかしながら、バーチャルリアリティー方式は、両眼視差を利用した３次元表示方式であり、観察者の左右の眼前に別々の表示画面を見せるための表示部を顔に固定して使用する表示手段、又は偏向眼鏡等を使用する必要がある。また、バーチャルリアリティー表示方式においては、３次元像に対する焦点調節対応はなされておらず、輻輳点と焦点との距離がずれている。すなわち、３次元像の奥行きを決める輻輳角と３次元像位置とが対応していないため、不自然な３次元像が表示されることになり、観察者に目の疲労、不快感を与える要因となっていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、観察者に対して自然な３次元像を表示することができる３次元表示装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明にかかる３次元表示装置は、複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと、画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように表示体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示することを特徴とする。
本発明の３次元表示装置は、複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと、当該画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、当該レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルを備える。それぞれの画素とレンズとの間隔を一定に保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像を空間的に合致させることによって、本発明の３次元表示装置は３次元像を表示することができる。
また、本発明にかかる３次元表示装置は、ｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと、画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、画素に対してｍ行ｍ列個のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように表示体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示することを特徴とする。
本発明の３次元表示装置は、ｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと、当該画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、画素に対してｍ行ｍ列個のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、当該レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルを備える。それぞれの画素をレンズとの間隔を一定に保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像を空間的に合致されることによって、本発明の３次元表示装置は３次元像を表示することができる。
本発明にかかる画像作成装置は、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置とを備えることを特徴とする。
本発明の画像作成装置は、入力された３次元画像データを３次元表示用データに変換し、当該３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する。
また、本発明にかかる画像作成装置は、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置とを備えることを特徴とする。
本発明の画像作成装置は、入力された３次元画像データを３次元表示用データに変換し、当該３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する。
本発明にかかる画像表示システムは、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置と、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックとレンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように印刷体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する３次元表示装置とを備えることを特徴とする。
本発明の画像表示システムは、入力された３次元画像データを３次元表示用データに変換し、当該３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する。そして、画像表示システムは、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックとレンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように印刷体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する。
また、本発明にかかる画像表示システムは、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置と、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックとレンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように印刷体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数の前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する３次元表示装置とを備えることを特徴とする。
本発明の画像表示システムは、入力された３次元画像データを３次元表示用データに変換し、当該３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する。そして、画像表示システムは、画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックとレンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、画素ブロックとレンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように印刷体とレンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成されるドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する。
本発明の３次元表示装置によれば、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像が空間的に合致するため、観察者に対して自然な３次元像を表示することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる３次元表示装置の概略構成を説明するための正面図（ａ），側面図（ｂ）である。３次元表示装置１０は、レンズパネル１と、表示体としての２次元表示体２と、バックライト３とを備える。
レンズパネル１は、図１（ａ）に示されるように、例えば、レンチキュラレンズ等のレンズを２次元的に等間隔に並べた複数のレンズＬｎ（ｎは整数）から構成されており、光硬化性あるいは熱硬化性樹脂等の光学樹脂により一体形成される。そして、レンズパネル１には、例えば、３行３列の合計９個のレンズＬｎを一単位としたレンズブロックが３行３列となるように形成されている。レンズブロック２０を構成するレンズＬ１（×１），Ｌ２（×２），Ｌ３（×３），Ｌ４（×４），Ｌ５（×５），Ｌ６（×６），Ｌ７（×７），Ｌ８（×８），Ｌ９（×９）のレンズの焦点距離はそれぞれ異なり、レンズＬ１（×１）からレンズＬ９（×９）にかけて順に焦点距離が長くなるように設定されている。なお、上記の（×１）〜（×９）は、レンズブロック内の左側最上部に配置されたレンズからの通し番号である（以下の説明では、特定の配置位置に位置するレンズを、単に、レンズＬｎ（×１〜×９）と称することがある）。このような焦点距離が異なるレンズの配置構成は、レンズブロック間では共通である。つまり、例えば、レンズブロック２０を構成するレンズＬ１（×１）の焦点距離はレンズブロック３０を構成するレンズＬ１０（×１）と同一である。同様にレンズブロック２０を構成するレンズＬ２（×２）からレンズＬ９（×９）の焦点距離と、レンズブロック３０を構成するレンズＬ１１（×２）からレンズＬ１８（×９）の焦点距離とはそれぞれ等しくなるよう設定されている。
ここで、２次元表示体２について説明する。２次元表示体２は、図２に示されるように、複数のドットから構成される画素を２次元的に等間隔に並べた複数の画素Ｐｎ（ｎは整数）から構成されている。このような２次元表示体２には、レンズパネル１と同様に、例えば、３行３列の合計９個の画素Ｐｎを一単位とした画素ブロックが３行３列となるように形成されており、それぞれの画素ブロックを構成する画素Ｐｎは、レンズブロック１の各レンズの配置位置と対応するように配置されている。すなわち、例えば、画素ブロック２０’の画素Ｐ１（×１）は、レンズブロック２０のレンズＬ１（×１）と対応するよう配置されている。同様に画素ブロック２０’の画素Ｐ２（×２），Ｐ３（×３），Ｐ４（×４），Ｐ５（×５），Ｐ６（×６），Ｐ７（×７），Ｐ８（×８），Ｐ９（×９）は、レンズブロック２０のレンズＬ２（×２），Ｌ３（×３），Ｌ４（×４），Ｌ５（×５），Ｌ６（×６），Ｌ７（×７），Ｌ８（×８），Ｌ９（×９）の配置位置とそれぞれ対応するように配置されている。なお、（×１）〜（×９）は、画素ブロック内の左側最上部に配置された画素からの通し番号である（以下の説明では、特定の配置位置に位置する画素Ｐｎを、単に、画素Ｐｎ（×１〜×９）と称することがある）。また、各画素ブロックの配列ピッチと各レンズブロックの配列ピッチとは等しくなるように設定されているため、各画素ブロックが備える全ての画素Ｐｎと各レンズブロックが備える全てのレンズＬｎとの配置位置は一致することになる。
図３は、各画素Ｐｎを構成するドット６の座標位置を説明する図である。ドット６は、例えば、座標（１，１）から座標（１９，１９）まで配列した１９行１９列の行列を構成する。このときの中心ドットの座標は（１０，１０）であり、各画素の中心ドットを各レンズの中心、すなわち、光軸が通過する。
バックライト３は、例えば、ＥＬ（Electro Luminescence）やＬＥＤ（Light Emitting diode）等を備えた薄型の面発光装置であり、２次元表示体２に光を均一に照射する光源として機能する。
このような構成を備えたレンズパネル１と２次元表示体２とは、図１（ｂ）に示されるように、所定の間隔を有して平行に配置される。図１（ｂ）は、３次元表示装置１０を図中矢印Ｙ方向から見た側面図であり、３次元表示装置１０は、レンズパネル１、２次元表示体２、バックライト３を所定の間隔をもって積層することにより構成される。
上述した２次元表示体２は、３次元表示用データに基づく画像を、例えば、フィルム媒体等の所定の媒体に印刷することで作成することができる。そこで、２次元表示体２としての印刷体を作成することが可能な画像作成装置２００について説明する。
図４は、画像作成装置２００の構成を説明するブロック図である。画像作成装置２００は、３次元表示用データを作成する情報処理装置２０１と、情報処理装置２０１が作成した３次元表示用データに基づく画像を所定の媒体に印刷する画像形成装置２０２とを備える。
情報処理装置２０１は、入力された３次元画像データから、奥行き度の異なる９画面の２次元画像データを作成する。また、情報処理装置２０１は、作成した２次元画像データを後述する変換方法により３次元表示用データに変換する。変換された３次元表示用データは、画像形成装置２０２に出力される。
画像形成装置２０２は、特に限定はされないが、例えば、オフセットプリンタやインクジェットプリンタ等の公知のプリンタを用いることができる。画像形成装置２０２は、情報処理装置２０１から入力された３次元表示用データに基づく画像を所定の媒体に印刷することで２次元表示体２としての印刷体を形成する。ここで印刷体の画素Ｐｎを構成する各ドット６は、カラードットであり、表示する３次元像の濃淡の階調を表現する。なお、カラードットが印刷される画素以外の領域は黒色で印刷され、バックライト３から照射される光をレンズ側へ透過させないように遮光する。
そして、画像形成装置２０２で印刷された２次元表示体２としての印刷体を３次元表示装置１０に組み込み、バックライト３による光を照射させることで、３次元像を表示することができる。
次に、複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像を空間的に合致させる手法について図５を用いて説明する。レンズＬｎの主点位置が含まれる主点面を主点面Ｈ、画素Ｐｎが含まれる２次元表示体２を物体面Ａとする。なお、ここでは、レンズブロック２０，３０，４０と、これらのレンズブロックに対応する画素ブロック２０’，３０’，４０’を一例として説明する。レンズブロック２０，３０，４０にそれぞれ配置されたレンズＬ４，Ｌ１３，Ｌ２２はレンズＬｎ（×４）であり、これらのレンズの焦点距離ｆは等しくなるよう設定されている。また、レンズＬ４（×４）には画素ブロック２０’の画素Ｐ４（×４）、レンズＬ１３（×４）には画素ブロック３０’の画素Ｐ１３（×４）、レンズＬ２２（×４）には画素ブロック４０’の画素Ｐ２２（×４）がそれぞれ対応する。ここで、レンズＬ４（×４），Ｌ１３（×４），Ｌ２２（×４）の光軸をそれぞれＣ１，Ｃ２，Ｃ３とし、各レンズブロック間及び各画素ブロック間の距離をｄとする。さらに、主点面Ｈと物体面Ａとの距離(物体距離)をａ、虚像面Ｂと主点面Ｈとの距離（虚像距離）をｂとすると、レンズの公式から、
１／ａ−１／ｂ＝１／ｆ （１）式
が成立する。
さらに、倍率をｍとすると、
ｂ＝ｍａ （２）式
となる。（１）式及び（２）式から、
ｂ＝ｆ（ｍ−１），ａ＝ｆ（１−１／ｆ） （３）式
を導くことができる。ただし、虚像の関係では、ａ＜ｆである。
前述したように、各光軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３において、焦点距離ｆ、物体距離ａはそれぞれ等しいので、虚像距離ｂも等しくなる。したがって、画素Ｐ４（×４），Ｐ１３（×４），Ｐ２２（×４）のそれぞれの虚像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、同じ虚像面Ｂに形成されることになる。
次に、虚像面Ｂに形成された光軸Ｃ１による虚像Ｓ１の位置に光軸Ｃ２，Ｃ３による虚像Ｓ２，Ｓ３が重なるように各画素Ｐｎ中のドット位置を決定する手法について説明する。
ここで、画素座標において、ドット６の中心位置からの座標シフト数をｓとする。ｓは整数であり、座標シフト数ｓは四方に各々１から９の値となる。また、各画素Ｐｎ中のドット６が並ぶピッチをｐとし、レンズブロック及び画素ブロックのブロックシフト数をｎとする。（２）式より、縦倍率と横倍率とを等しくすることにより、倍率ｍは、
ｍ＝ｂ／ａ＝ｄ／（ｓｐ）＝（ｎｄ）／（ｎｓｐ） （４）式
の関係となる。
例えば、図５において、光軸Ｃ１に対して光軸Ｃ２ではブロックシフト数ｎは１であり、光軸Ｃ３ではブロックシフト数ｎは２である。つまり、ｄ／（ｓｐ）又は（ｎｄ）／（ｎｓｐ）を倍率ｍと等しくすることで、光軸Ｃ２，Ｃ３によるドット６の虚像Ｓ２，Ｓ３をＳ２’，Ｓ３’として光軸Ｃ１によるドット６の虚像Ｓ１に一致させることができる。
図５における上記関係をより具体的に説明する。座標シフト数ｓを４とし、光軸Ｃ１に対応する画素Ｐ４（×４）の中心ドットの座標（１０，１０）を基準とすると、光軸Ｃ２に対応する画素Ｐ１３（×４）では、中心ドットの座標位置（１０，１０）から光軸Ｃ１側に４ｐ離れた座標（６，１０）のドット６が指定される。また、光軸Ｃ３に対応する画素Ｐ２２（×４）では、中心ドットの座標位置（１０，１０）から光軸Ｃ１側に８ｐ離れた座標（２，１０）のドット６が指定される。この画素Ｐ１３（×４）及び画素Ｐ２２（×４）において指定されたドット６による虚像Ｓ２及びＳ３が光軸Ｃ１による虚像Ｓ１と虚像面ＢにおいてＳ２’，Ｓ３’として重なることになる。
このとき、座標シフト数ｓを４であり、光軸Ｃ１に対する光軸Ｃ２のブロックシフト数ｎは１、光軸Ｃ１に対する光軸Ｃ３のブロックシフト数ｎは２であるため、（４）式は、ｍ＝ｂ／ａ＝ｄ／（４ｐ）＝（２ｄ）／（８ｄ）となる。また、虚像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３はドット６のｍ倍のサイズとなって観察される。
これまでに説明した各画素Ｐｎのドット６による虚像関係は、ある配置位置に位置する画素ブロックに対して上下、左右に位置する他の画素ブロック間において成立する。したがって、例えば、中心画素Ｐ４（×４）を含む画素ブロック２０’に対して上下、左右の画素ブロックである５×５個の画素ブロックにおいて、各画素ブロックの画素（×４）内のドット６の座標位置を選択することで合計２５個の虚像を重ねることができる。このように、各レンズブロックと対応する画素ブロック内の各画素は、中心画素と成り得ると同時に他の中心画素に対して周囲のレンズブロックと画素ブロックの役割を果たすことができる。
本発明の第１の実施形態では、各レンズブロック間において同一配置位置に配置されたレンズＬｎの焦点距離ｆは同じであるが、レンズブロック内のレンズＬｎ（×１）からＬｎ（×９）において、物体距離ａを固定とし焦点距離ｆを所定の値として設定することができる。画素ブロックにおいて画素Ｐｎ（×１）の座標シフト数ｓを１、画素Ｐｎ（×２）の座標シフト数ｓを２、画素Ｐｎ（×３）の座標シフト数ｓを３、画素Ｐｎ（×４）の座標シフト数ｓを４、画素Ｐｎ（×５）の座標シフト数ｓを５、画素Ｐｎ（×６）の座標シフト数ｓを６、画素Ｐｎ（×７）の座標シフト数ｓを７、画素Ｐｎ（×８）の座標シフト数ｓを８、画素Ｐｎ（×９）の座標シフト数ｓを９とする。このとき、（２）式、（３）式、（４）式を用いてレンズＬｎ（×１）からレンズＬｎ（×９）における焦点距離ｆを計算することができる。この計算結果を図６に示す。
上記計算において、ドットピッチｐは４８００ドット／インチ相当の５．３μｍとし、各レンズブロック間及び各画素ブロック間の距離であるブロック間ピッチｄは５０ドット／インチ相当の０．５１ｍｍとした。また、レンズブロック及び画素ブロックは、３行３列のレンズＬｎ及び画素Ｐｎで構成されるものとした。物体距離ａは０．９ｍｍとし、倍率ｍは（４）式を計算することによって求め、焦点距離ｆ（単位ｍｍ）は求めた倍率ｍを使用し、ｆ＝ｍａ／（ｍ−１）を計算することによって求めた。さらに、虚像距離ｂ（単位ｍｍ）は求めた焦点距離ｆを使用し、（３）式を計算することによって求めた。
次に、入力された３次元画像データに基づき３次元表示用データを作成する画像作成装置２００が実行する処理について説明する。
画像作成装置２００は、情報処理装置２０１と画像形成装置２０２とを備え、情報処理装置２０１は、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる９画面の２次元画像データを作成する。なお、第１の実施形態ではレンズブロック内において、焦点距離ｆが短い順にレンズＬｎ（×１）からレンズＬｎ（×９）が配置されるので、情報処理装置２０１は、虚像距離ｂが長い順に９画面の２次元画像データを作成する。さらに、情報処理装置２０１は、作成した２次元画像データをドット６のカラーデータから構成される３次元表示用データに変換する。以下、この変換手法について説明する。
画素Ｐｎ（×１）においては、情報処理装置２０１はドット座標の中心ドット（１０，１０）のカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置するドット６は、座標シフト数ｓを１として中心ドット６から離れる距離（ｎｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×１）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に１９行１９列の全てのドット６に対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×２）においては、ドット座標は、ドット６による２行２列ドットを基本構成とする。例えば、情報処理装置２０１は、中心２行２列ドットを（１０，１０）、（１０，１１）、（１１，１０）、（１１，１１）のドット６で構成し、中心２行２列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する２行２列ドットは、座標シフト数ｓを２として中心ドットから離れる距離ｎ（２ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×２）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての２行２列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×３）においては、ドット座標は、ドット６による３行３列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心３行３列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する３行３列ドットは、座標シフト数ｓを３として中心ドットから離れる距離ｎ（３ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×３）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての３行３列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×４）においては、ドット座標は、ドット６による４行４列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心４行４列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する４行４列ドットは、座標シフト数ｓを４として中心ドットから離れる距離ｎ（４ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×４）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての４行４列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×５）においては、ドット座標は、ドット６による５行５列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心５行５列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する５行５列ドットは、座標シフト数ｓを５として中心ドットから離れる距離ｎ（５ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×５）の中心ドットを同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての５行５列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×６）から画素Ｐｎ（×９）においても、同様にしてカラーデータを求める。しかし、図３に示されるように、本実施形態にかかる１９行１９列のドット構成では、６行６列以上を基本構成とすると、周辺部ドットが欠けることになるが、この場合、ドットが欠けた状態でカラーデータを求める。
２次元表示体３を構成する全ての画素ブロックに対して、上記手法で変換した画素Ｐｎ（×１）から画素Ｐｎ（×９）までのカラーデータをまとめたものを３次元表示用データとする。
情報処理装置２０１は、このようにして作成した３次元表示用データを画像形成装置２０２に出力する。３次元表示用データが入力された画像形成装置２０２は、この３次元表示用データを基に、例えばフィルム媒体等の透明基材に画像を形成することで、２次元表示体２を作成する。
画像形成装置２０２により形成された２次元表示体２は、３次元表示装置１０に組み込まれる。そして、２次元表示体２にバックライト３によって光が均一に照射されると、観察者は９段階に奥行きを有する３次元像を観察することができる。このとき観察される３次元像は、複数のレンズＬｎによって生成した虚像が重ね合されたものである。したがって、本実施形態によれば、あたかも一箇所の点から複数の光線が発散する状態を再現することができるため、観察者は両目によって一箇所の点から発散する光線を捉えることができ、自然な状態で３次元像を観察することができる。
以上のように、第１の実施形態によれば、レンズブロック毎に焦点距離が異なる複数のレンズＬｎを並べ、当該レンズＬｎの配置位置に対応させて表示データに基づいたドットを形成した２次元表示体を配置し、複数のレンズブロックにおける同等の焦点距離を有するレンズＬｎによって複数の虚像を同位置に重ねるので、観察者は複数のレンズＬｎから放射された光線を観察することで、３次元像を認識することができる。これにより、輻輳角と３次元像位置とを対応させることができるため、観察者に自然な３次元像を表示することができる。また、観察者が３次元像を観察するときに、表示手段以外の周囲の視界が妨げられないので、第１の実施形態は作業用の情報を表示するのに適している。
[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態にかかる３次元表示装置１０’は、レンズパネル１’の全てのレンズブロックにおいてレンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’までの焦点距離を一定として等しく作成し、レンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’までの主点位置をずらせて物体面との間隔である物体距離ａを順に短くするように設定する。このとき、各レンズブロック間におけるレンズＬｎ（×１）’の物体距離ａはいずれも等しく、同様に各レンズブロック間における、レンズＬｎ（×２）’からレンズＬｎ（×９）’までの物体距離ａもそれぞれ等しくなるよう設定されている。その他の構成は第１の実施形態と同一である。したがって、同一の箇所には同一の符号を付し説明は省略する。
レンズパネル１’は、図７（ａ）に示されるように、レンチキュラレンズ等のレンズを２次元的に等間隔に並べたレンズＬｎ’から構成されており、光硬化性あるいは熱硬化性樹脂等の光学樹脂により一体形成される。物体距離ａを短くするには、例えば、図７（ｂ）に示されるように、レンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’に対応する金型の深さを順に浅くすることで物体距離ａを短くすることができる。
第２の実施形態では、各レンズブロック間において同一配置位置に配置されたレンズＬｎ’の物体距離ａは同じであるが、レンズブロック内の例えば（×１）から（×９）のレンズＬｎ’において、焦点距離ｆを固定とし物体距離ａを所定の値として設定することができる。画素ブロックにおいて画素Ｐｎ（×１）の座標シフト数ｓを１、画素Ｐｎ（×２）の座標シフト数ｓを２、画素Ｐｎ（×３）の座標シフト数ｓを３、画素Ｐｎ（×４）の座標シフト数ｓを４、画素Ｐｎ（×５）の座標シフト数ｓを５、画素Ｐｎ（×６）の座標シフト数ｓを６、画素Ｐｎ（×７）の座標シフト数ｓを７、画素Ｐｎ（×８）の座標シフト数ｓを８、画素Ｐｎ（×９）の座標シフト数ｓを９とする。このとき、（２）式、（３）式、（４）式を用いてレンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’における各物体距離ａを計算することができる。この計算結果を図８に示す。
上記計算において、ドットピッチｐは４８００ドット／インチ相当の５．３μｍとし、各レンズブロック間及び各画素ブロック間の距離であるブロック間ピッチｄは５０ドット／インチ相当の０．５１ｍｍとした。また、レンズブロック及び画素ブロックは、３行３列のレンズＬｎ’及び画素Ｐｎで構成されるものとした。焦点距離ｆは０．９１ｍｍとし、倍率ｍは（４）式を計算することによって求め、物体距離ａ（単位ｍｍ）は求めた倍率ｍを使用し、ａ＝ｆ（ｍ−１）／ｍを計算することによって求めた。さらに、虚像距離ｂ（単位ｍｍ）は求めた焦点距離ｆを使用し、（３）式を計算することによって求めた。
次に、入力された３次元画像データに基づき３次元表示用データを作成する画像作成装置２００が実行する処理について説明する。
画像作成装置２００は、情報処理装置２０１と画像形成装置２０２とを備え、情報処理装置２０１は、入力された３次元画像データから奥行き度の異なる９画面の２次元画像データを作成する。なお、第２の実施形態ではレンズブロックにおいて、物体距離ａが長い順にレンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’が配置されるので、情報処理装置２０１は、虚像距離ｂが長い順に９画面の２次元画像データを作成する。さらに、情報処理装置２０１は、作成した２次元画像データを画素ブロック内の画素Ｐｎを構成するドット６のカラーデータから構成される３次元表示用データに変換する。以下、この変換手法について説明する。
画素Ｐｎ（×１）においては、情報処理装置２０１はドット座標の中心ドット（１０，１０）のカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置するドット６は、座標シフト数ｓを１として中心ドット６から離れる距離（ｎｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×１）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に１９行１９列の全てのドット６に対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×２）においては、ドット座標は、ドット６による２行２列ドットを基本構成とする。例えば、情報処理装置２０１は、中心２行２列ドットを（１０，１０）、（１０，１１）、（１１，１０）、（１１，１１）のドット６で構成し、中心２行２列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する２行２列ドットは、座標シフト数ｓを２として中心ドットから離れる距離ｎ（２ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×２）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての２行２列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×３）においては、ドット座標は、ドット６による３行３列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心３行３列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する３行３列ドットは、座標シフト数ｓを３として中心ドットから離れる距離ｎ（３ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×３）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての３行３列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×４）においては、ドット座標は、ドット６による４行４列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心４行４列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する４行４列ドットは、座標シフト数ｓを４として中心ドットから離れる距離ｎ（４ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×４）の中心ドットと同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての４行４列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×５）においては、ドット座標は、ドット６による５行５列ドットを基本構成とする。情報処理装置２０１は、中心５行５列ドットのカラーデータを２次元画像データから決定する。他の座標位置に位置する５行５列ドットは、座標シフト数ｓを５として中心ドットから離れる距離ｎ（５ｐ）に対応して、同方向に（ｎｄ）離れて隣接する画素ブロックに含まれる画素Ｐｎ（×５）の中心ドットを同等なカラーデータとする。以下、同様に全ての５行５列ドットに対してカラーデータを求める。
画素Ｐｎ（×６）から画素Ｐｎ（×９）においても、同様にしてカラーデータを求める。しかし、図３に示されるように、本実施形態にかかる１９行１９列のドット構成では、６行６列以上を基本構成とすると、周辺部ドットが欠けることになるが、この場合、ドットが欠けた状態でカラーデータを求める。
２次元表示体３を構成する全ての画素ブロックに対して、上記手法で変換した画素Ｐｎ（×１）から画素Ｐｎ（×９）までのカラーデータをまとめたものを３次元表示用データとする。
情報処理装置２０１は、このようにして作成した３次元表示用データを画像形成装置２０２に出力する。３次元表示用データが入力された画像形成装置２０２は、この３次元表示用データを基に、例えばフィルム媒体等の透明基材に画像を形成することで、２次元表示体２を作成する。
画像形成装置２０２により形成された２次元表示体２は、３次元表示装置１０’に組み込まれる。そして、２次元表示体２にバックライト３によって光が均一に照射されると、観察者は９段階に奥行きを有する３次元像を観察することができる。このとき観察される３次元像は、複数のレンズＬｎ’によって生成した虚像が重ね合されたものである。したがって、本実施形態によれば、あたかも一箇所の点から複数の光線が発散する状態を再現することができるため、観察者は両目によって一箇所の点から発散する光線を捉えることができ、自然な状態で３次元像を観察することができる。
以上のように、第２の実施形態によれば、レンズブロック毎に物体距離が異なる複数のレンズＬｎ’を並べ、当該レンズＬｎ’の配置位置に対応させて表示データに基づいたドットを形成した２次元表示体を配置し、複数のレンズブロックにおける同等の物体距離を有するレンズＬｎ’によって複数の虚像を同位置に重ねるので、観察者は複数のレンズＬｎ’から放射された光線を観察することで、３次元像を認識することができる。これにより、輻輳角と３次元像位置とを対応させることができるため、観察者に自然な３次元像を表示することができる。また、観察者が３次元像を観察するときに、表示手段以外の周囲の視界が妨げられないので、第１の実施形態は作業用の情報を表示するのに適している。さらに、第２の実施形態によれば、レンズパネル１’全てのレンズＬｎ’の焦点距離ｆを等しく設定することができるので、第１の実施形態にかかるレンズパネル１よりも製造が容易であるという利点もある。
第２の実施形態においては、レンズパネル１’の全てのレンズブロックにおけるレンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’までの焦点距離ｆを一定として等しく設定し、レンズＬｎ’の主点位置をずらせて物体距離ａを順に短くする形態としたが、レンズパネル１’の全てのレンズブロックにおけるレンズＬｎ（×１）’からレンズＬｎ（×９）’までの焦点距離ｆを一定として等しく設定すると共に、主点位置を同一面上に作成することも可能である。つまり、画素Ｐｎ（×１）から画素Ｐｎ（×９）までの画素位置をレンズパネル１’に対して順に近づけるように２次元表示体２を作成することで、物体距離ａを順に短くすることができる。
なお、本発明はこれまでに説明した実施形態に限定されるものではない。本実施形態の説明では、ドットの配置構成は１９行１９列としたが、このドットの配置密度を高くすることで、レンズブロックのレンズＬｎと画素ブロックの画素Ｐｎの数を増大させることができる。したがって、３次元像を形成する虚像の数を増加させることができると共に、３次元像の奥行き解像度を向上させることができる。また、同時に倍率ｍが大きくなるので、虚像距離が長くなり、奥行きが深くなる。
また、本実施形態の説明では、画像形成装置で透明基材に印刷した印刷体を２次元表示体として使用した例を説明したが、例えば、画像形成装置で普通紙等の白色基材に印刷した印刷体を２次元表示体として使用することも可能である。
さらに、本実施形態の説明では、２次元表示体を画像形成装置による印刷体として説明したが、２次元表示体として表示パネル等の２次元ディスプレイを使用することもできる。このとき、外部から入力された３次元画像データを情報処理装置で本発明にかかる３次元表示装置に対応した３次元表示用データに変換し、２次元ディスプレイで表示させる。ここで、２次元ディスプレイによる表示を２次元動画と同程度に高速に切り替えれば、３次元の動画を表示することが可能な３次元表示装置を構成することができる。さらにまた、画素Ｐｎの単位で表示用データを作成して表示すれば、２次元の画像を３次元表示装置で表示させることができる。
また、本実施形態の説明では、２次元表示体の画素Ｐｎとして上下左右にドットを並べた構成としたが、２次元表示体の画素Ｐｎとして１次元のみにドットを並べた構成とした場合、ドットが並ぶ方向を観察者の目が並ぶ方向に一致させることで用途に応じた３次元像を表示させることができる。
さらにまた、レンズパネルと２次元表示体とをレンズＬｎと画素Ｐｎ単位で部品構成することも可能であり、レンズブロックと画素ブロックとの単位でユニット構成することもできる。
本発明にかかる３次元表示装置は、ハードコピーや２次元表示体から３次元像を観察することができるので、展示装置又は表示装置として利用することができる。また、本発明にかかる３次元表示装置は、情報処理装置に接続された２次元ディスプレイから３次元像を表示させることができるので、情報端末としての利用も可能である。さらにまた、本発明にかかる３次元表示装置は、高精細情報を表示することが可能であるため、ＣＡＤデザインの表示等に利用することも可能である。
３次元表示装置の概略構成を説明する図である。 ２次元表示体の概略構成を説明する図である。 ドットの座標位置を説明する図である。 画像作成装置の構成を説明するブロック図である。 複数のレンズブロック間において配置位置を同じとする複数のレンズによって作成される虚像を空間的に合致させる手法を説明する概略図である。 焦点距離ｆの計算結果を示す図である。 ３次元表示装置の概略構成を説明する図である。 物体距離ａの計算結果を示す図である。
符号の説明
１ レンズパネル
２ ２次元表示体
３ バックライト
６ ドット
１０ ３次元表示装置
１０’ ３次元表示装置
２０〜１００ レンズブロック
２０’〜１００’ 画素ブロック
２００ 画像作成装置
２０１ 情報処理装置
２０２ 画像形成装置
Ｌｎ レンズ
Ｐｎ 画素

Claims (14)

  1. 複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと、
    前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、
    前記画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、
    前記レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、
    前記画素ブロックと前記レンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように前記表示体と前記レンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数の前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズによって作成される前記ドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示することを特徴とする３次元表示装置。
  2. ｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと、
    前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体と、
    前記画素に対してｍ行ｍ列個のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと、
    前記レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、
    前記画素ブロックと前記レンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように前記表示体と前記レンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数の前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズによって作成される前記ドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示することを特徴とする３次元表示装置。
  3. 前記レンズブロック内に配置される複数の前記レンズの焦点距離はそれぞれ異なり、前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズの焦点距離はそれぞれ略等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の３次元表示装置。
  4. 前記レンズブロック内に配置される複数の前記レンズと前記画素との物体距離はそれぞれ異なり、前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズと前記画素との物体距離はそれぞれ略等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の３次元表示装置。
  5. 前記ドットはカラードットであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の３次元表示装置。
  6. 前記表示体は媒体に印刷された印刷体であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の３次元表示装置。
  7. 入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換すると共に、前記３次元表示用データに基づく画像を前記媒体に印刷することで請求項６記載の印刷体を作成することを特徴とする画像作成装置。
  8. 前記表示体は画像を表示する２次元表示装置であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の３次元表示装置。
  9. 前記２次元表示装置は動画像を表示することを特徴とする請求項８記載の３次元表示装置。
  10. 前記表示体は２次元画像を表示する機能を備えることを特徴とする請求項８又は９記載の３次元表示装置。
  11. 入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、
    前記３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置とを備えることを特徴とする画像作成装置。
  12. 入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、
    前記３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置とを備えることを特徴とする画像作成装置。
  13. 入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、
    前記３次元表示用データに基づき複数のドットを備える画素が行列状に配置された画素ブロックと前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置と、
    前記画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと前記レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、前記画素ブロックと前記レンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように前記印刷体と前記レンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数の前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズによって作成される前記ドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する３次元表示装置とを備えることを特徴とする画像表示システム。
  14. 入力された３次元画像データから奥行き度の異なる複数の２次元画像データを作成し、複数の前記２次元画像データを３次元表示用データに変換する情報処理装置と、
    前記３次元表示用データに基づきｎ行ｎ列のドットを備える画素がｍ行ｍ列に配置された画素ブロックと前記画素ブロックを行列状に配置することで形成された表示体を媒体に印刷することで印刷体を形成する画像形成装置と、
    前記画素に対応して複数のレンズが行列状に配置されたレンズブロックと前記レンズブロックを行列状に配置することで形成されたレンズパネルとを備え、前記画素ブロックと前記レンズブロックとの行列上の配置位置が対応するように前記印刷体と前記レンズパネルとを所定間隔で保持すると共に、複数の前記レンズブロック間において配置位置を同じとする複数の前記レンズによって作成される前記ドットの虚像を空間的に合致させることにより３次元像を表示する３次元表示装置とを備えることを特徴とする画像表示システム。
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