スクリーン及び画像表示装置
【課題】
輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーン及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】
レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配置され、レンズ部２５の曲率が垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した入射光の水平拡散角θｔを垂直方向（Ｚ方向）に連続的に変化させる。つまり、垂直拡散スクリーン１０の垂直方向での位置に応じて、垂直拡散スクリーン１０から出射される光の水平拡散角θｔを最適水平拡散角にすることができる。
輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーン及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】
レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配置され、レンズ部２５の曲率が垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した入射光の水平拡散角θｔを垂直方向（Ｚ方向）に連続的に変化させる。つまり、垂直拡散スクリーン１０の垂直方向での位置に応じて、垂直拡散スクリーン１０から出射される光の水平拡散角θｔを最適水平拡散角にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を拡散して表示するスクリーン及びスクリーンを備える画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像の生成を実現するために、人間の左右の眼に対して、３次元画像に対応する視差情報を入射する必要がある。例えば、スクリーンの後方に多数の投射部を配置し、スクリーンで光を拡散する。このスクリーンは、入射する光を垂直方向には比較的広く拡散させ水平方向にはほとんど拡散させない拡散角特性を必要とする。このような拡散特性は、特定の拡散特性を持つ１枚の拡散板（例えばレンチキュラーレンズ）を用いることにより得られる。このような構成にすることで、スクリーンの各画素を通過する光の水平方向の出射角度を保持し、左右の眼に対して別々の画像情報を入射することができる。
【０００３】
このとき、１台の投射部から表示される光がスクリーンの拡散異方性により垂直方向にしか拡散されない。このため、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようになっている。このようにしてスクリーン上に表示される縦ラインの光は、観察者の眼に視差映像として入射される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５０６２号公報（図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術では、奥行き方向の解像度を向上させるために投射部の間隔を小さくして投射部の数を増加させると、スクリーンに縦縞状の輝度ムラが発生する場合がある。本発明者らが検討した結果、スクリーンの拡散板から拡散異方性を持って拡散される光は、その垂直方向の拡散角度によって水平成分がそれぞれ異なる。このため、拡散された光は、垂直方向に直線状でなく円弧状に曲がってしまうことが判明した。この結果、投射部が規則正しく配設されていると、円弧状に曲がった拡散光の重なる部分と重ならない部分とによる光の粗密の分布が生じてしまい、結果的に、輝度ムラが生じてしまう、という問題がある。
【０００６】
例えばリアプロジェクター型の画像表示装置では、光線密度がスクリーン上下方向で異なるため、スクリーンの中心部分の最適水平拡散角と、スクリーンの上下端部の最適水平拡散角とが異なる。このため、水平拡散角を中心部分の最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角が最適拡散角と異なってしまい、スクリーンの周辺部分の奥行き感が損なわれる、という問題があった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーン及び画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るスクリーンは、投射装置からの光を投影するスクリーンであって、第１の拡散板と、第２の拡散板とを有する。上記第１の拡散板は、垂直方向への拡散角を有する。上記第２の拡散板は、上記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。
【０００９】
本発明では、第２の拡散板は、垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。つまり、スクリーンの垂直方向のそれぞれの位置に応じて、スクリーンから出射される光の水平方向の拡散角を最適な水平方向の拡散角に調整することができる。これにより、従来、垂直方向に円弧状に曲がってスクリーンから出射されていた光を直線状にすることができ、輝度ムラを低減することができると共に、スクリーンに表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００１０】
上記第２の拡散板の上記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１１】
上記第２の拡散板の光入射面には、垂直方向に軸を有する半円柱状の光学要素が水平方向に複数配列されており、上記半円柱の曲率により水平方向の拡散角が設定されているようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１２】
上記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１３】
本発明に係る画像表示装置は、投射部と、スクリーンとを有する。上記投射部は、光源からの光を空間光変調して出射する。上記スクリーンは、上記投射部からの光を投影する。上記スクリーンが、垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、上記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板とを具備する。
【００１４】
本発明では、第２の拡散板は、垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。つまり、スクリーンの垂直方向のそれぞれの位置に応じて、スクリーンから出射される光の水平方向の拡散角を最適な水平方向の拡散角に調整することができる。これにより、従来、垂直方向に円弧状に曲がってスクリーンから出射されていた光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることができ、輝度ムラを低減することができると共に、スクリーンに表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００１５】
上記第２の拡散板の上記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１６】
上記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略を示す斜視図である。
【図２】垂直拡散スクリーンの分解斜視図である。
【図３】図２に示すレンチキュラーシートの部分側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】垂直拡散スクリーンの部分平面図である。
【図６】各投射部から光を投射した状態を示す図である。
【図７】複数の画像情報を利用した画像表示態様を模式的に示す図である。
【図８】投射部の光源から投射される光が従来の垂直拡散スクリーンを通して拡散される様子をシミュレーションした結果を示す光線図である。
【図９】垂直拡散スクリーンの正面の観察者の観察する拡散光パターンを示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る画像表示装置の投射部を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す画像表示装置の投射部の側面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る立体画像表示装の投射部の正面図である。
【図１３】図１２に示す投射部と、従来の垂直拡散スクリーンとを備える画像表示装置を用いた場合の垂直拡散スクリーンの正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略を示す斜視図である。
同図に示すように、この画像表示装置１は光線再生法を用いて立体画像の表示を行う装置である。画像表示装置１は、ベース２と、ベース２の上に設けられた基板保持部３、プロジェクタベース４及びスクリーン枠５と、投射部６と、基板７と、垂直拡散スクリーン１０と、図示しない冷却ファンなどで構成される。投射部６は、プロジェクタベース４に設けられている。基板７は、基板保持部３に保持され、投射部６を駆動及び制御する回路が実装されている。垂直拡散スクリーン１０は、スクリーン枠５に保持され、投射部６から投射される複数の画像光をそれぞれ垂直方向（Ｚ方向）に拡散して、水平方向（Ｙ方向）に連続的な視点の画像が投影される。
【００２０】
光線再生法では、画像を撮像するときに複数のカメラが用いられ、そのカメラごとに担当する撮像範囲が設定され、各カメラによって撮像されたそれぞれ視差のある画像が用意される。そして、視差の角度やそれに伴う屈折率等が計算され、その計算結果に基づき各画像が加工され、この加工処理により得られたそれぞれの画像が合成されることで１つの立体画像フレームが生成される。この実施の形態では、その複数のカメラによって撮像された個々の画像に対応する画像光が投射部６から垂直拡散スクリーン１０に向けて投射され、垂直拡散スクリーン１０でそれぞれ垂直方向に長い縦ラインの画像の連続として投影されるようになっている。
【００２１】
投射部６は、プロジェクタベース４に水平方向（図１のＹ方向）に複数配列して設けられている。複数の投射部６は、投射光の出射面をほぼ一平面（ＹＺ平面）にそろえて配列されている。投射部６は、垂直拡散スクリーン１０に向けて所定の拡散角で光を投射する。
【００２２】
なお、本実施形態では、投射部６が水平方向に１列に配列されている例を示したが、水平方向に加えて垂直方向（図１のＺ方向）にも投射部６が配列されるようにしてもよい。なお、投射部６は立体画像における一つの画素に相当するので、高画質な立体画像を得るためには投影素子の数はできるだけ多い方がよい。
【００２３】
投射部６は、それぞれ光源、空間光変調素子等を内蔵しており、それぞれ独立した投射装置として機能する。光源は、例えば白色光を出射するランプであり、具体的には超高圧水銀ランプなどが用いられている。空間光変調素子は、光源から入射した青、緑、赤ごとの光を変調して画像光を生成する。個々の投射部６から所定の画像が表示されるように、基板７に実装された回路によって、空間光変調素子への画像データの供給が制御される。空間光変調素子には、例えば反射型の液晶素子が用いられる。なお、空間光変調素子としては、反射型の液晶表示素子の他に、透過型の液晶表示素子、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を用いることもできる。
【００２４】
［垂直拡散スクリーン１０の構成］
次に、垂直拡散スクリーン１０の構成を図２から図５を用いて説明する。
図２は垂直拡散スクリーン１０の分解斜視図である。
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０は、例えばフレネルレンズシート１１、レンチキュラーシート１２及びレンチキュラーシート１３を備える。
【００２５】
フレネルレンズシート１１は、光源から入射した光を平行光に変換し、レンチキュラーシート１２に入射させる。
【００２６】
レンチキュラーシート１２は、フレネルレンズシート１１から入射した光を垂直方向（図２のＺ方向）に所定の垂直拡散角で拡散する。レンチキュラーシート１２の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２４が配列されている。レンズ部２４は、それぞれ軸方向を水平方向（図２のＹ方向）にして配置されている。複数のレンズ部２４は、垂直方向（図２のＺ方向）に隣接して配設されている。レンズ部２４の曲面の曲率は、垂直拡散角に応じて適宜変更可能である。
【００２７】
レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した光を水平方向（図２のＹ方向）に所定の水平拡散角で拡散する。レンチキュラーシート１３は、垂直方向（Ｚ方向）に対して直交する水平方向（Ｙ方向）への拡散の角度（水平拡散角）が垂直方向（Ｚ方向）に連続的に変化する。レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配列されている。レンズ部２５は、それぞれ軸方向（長手方向）を垂直方向（図２のＺ方向）にして配置されている。複数のレンズ部２５は、水平方向（図２のＹ方向）に隣接して配設されている。レンズ部２５のピッチは、例えば１００μｍに設定されている。なお、このピッチは、特に限定されず、適宜変更可能である。
【００２８】
図３は図２に示すレンチキュラーシート１２の部分側面図である。図３は図２のレンチキュラーシート１２をＹ方向から見た図である。
同図に示すように、レンチキュラーシート１２のレンズ部２４は、フレネルレンズシート１１からの入射光（平行光）を垂直方向に垂直拡散角θｖで拡散する。垂直拡散角θｖは、レンズ部２４の曲面の曲率を変更することで変更可能である。垂直拡散角θｖは、例えば４０度以上とされている。レンズ部２４の垂直拡散角θｖは、水平方向の全域に亘って一定である。
【００２９】
図４は図２のＡ−Ａ断面図である。図４はレンチキュラーシート１３の垂直方向（図４のＺ方向）の中央部２５Ａでの断面図である。
レンチキュラーシート１３のレンズ部２５は、レンチキュラーシート１２からの入射光を水平方向（図４のＹ方向）に水平拡散角θｔ（θｔ１）で拡散する。水平拡散角θｔ１は、レンズ部２５の曲面の曲率を変更することで変更可能である。水平拡散角θｔ１は、例えば１度以下程度とされている。
【００３０】
図５は垂直拡散スクリーン１０の部分平面図である。図５はレンチキュラーシート１３の垂直方向（図４のＺ方向）の上下端部２５Ｂでの断面図である。
レンチキュラーシート１３のレンズ部２５は、レンチキュラーシート１２からの入射光を水平方向（図４のＹ方向）に水平拡散角θｔ（θｔ２）で拡散する。水平拡散角θｔ２は、水平拡散角θｔ１より小さく水平拡散角θｔ１の８０％以上の大きさとされている。水平拡散角θｔ２は、レンズ部２５の曲面の曲率を変更することで変更可能である。つまり、レンズ部２５の曲率は、図２に示すように、垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔは、レンチキュラーシート１３の垂直方向の中央部２５Ａが最大、上下端部２５Ｂが最小となるように、垂直方向（Ｚ方向）の位置に応じて連続的に変化する。
【００３１】
次に、立体画像を表示する原理について説明する。
まず、例えば画像表示装置１によって、予め表示する立体像を複数方向から撮影して、立体画像表示に必要な画像情報ｎ枚（ｎは、複数、例えば１００以上）分容易し、図示しない記憶部に記憶する。
【００３２】
図６は、各投射部６から光を投射した状態を示す図である。同図に示すように、各投射部６は、所定の水平拡散角及び垂直拡散角で、垂直拡散スクリーン１０に向けて、光を射出する。
【００３３】
図７は、複数の画像情報を利用した画像表示態様を模式的に示す図である。
例えば投射部６のうち１つの投射部６ｍから、矢印ｍ１〜ｍ５で示すように垂直拡散スクリーン１０に向かって投射光が投射される。なお、投射部６と垂直拡散スクリーン１０とが対向する空間の側面にミラー３０を配置する。これによって、ミラー３０により反射された光も矢印ｍ１’で示すように垂直拡散スクリーン１０に入射され、垂直拡散スクリーン１０における観察者からの視野角を広げる効果が得られる。
【００３４】
これらのｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光が垂直拡散スクリーン１０を通過する角度は、垂直拡散スクリーン１０を水平方向（Ｙ方向）には微小な水平拡散角θｔ１〜θｔ２を有する構成とすることにより、ほぼ保持される。ここで、これらの矢印ｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光は、予め用意しておいた立体画像を構成する複数枚の画像情報Ｐ１〜Ｐｎのうち、縦方向に分割された一部の画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍを表示する。
【００３５】
この場合、垂直拡散スクリーン１０を、その垂直方向には大きい垂直拡散角θｖを有し、水平方向には微小な水平拡散角θｔ１〜θｔ２を有する構成にすることによって、１つの投射部６の情報は、垂直方向にしか拡散されない。このため、１つの投射部６の情報は、縦ライン形状に表示される。
【００３６】
すなわち、矢印ｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光が通過する垂直拡散スクリーン１０の位置を単位画素とすると、垂直方向に延びる単位画素から、立体画像を構成する縦ラインの画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍが出射されることになる。
【００３７】
ここで、垂直拡散スクリーン１０の隣の単位画素の表示ラインは、その隣の投射部６からの表示情報が眼に入ることで視認される。このように、複数台の投射部６からそれぞれ必要な情報が眼に入るようにすることによって、左右の眼で観察される垂直拡散スクリーン１０上の画像は、各投射部６による縦ラインを合成した画像である。
【００３８】
この場合、垂直拡散スクリーン１０が所定の水平拡散角θｔ１〜θｔ２（例えば１°未満）を有するため、各投射部６が表示するこれらの縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好な立体画像を表示することができる。
【００３９】
一方、投射部６から従来の垂直拡散スクリーン１０’へ入射する光の水平入射角は、上述したように０°でないので、光に垂直成分だけでなく水平成分も発生してしまう。このため、従来の垂直拡散スクリーン１０’に対して斜め方向に入射した光は傾きを持って拡散する。この現象について、図８を参照して説明する。なお、従来の垂直拡散スクリーン１０’は、垂直拡散スクリーン１０’の垂直方向での中央部と上下端部とでの水平拡散角が同じになるように設定されている。
【００４０】
図８（ａ）、（ｂ）は、投射部６の光源から投射される光が従来の垂直拡散スクリーン１０’を通して拡散される様子をシミュレーションした結果を示す光線図である。
図８（ａ）は投射部６の光源４１から観察位置（観察面）４２までの光線軌跡の概略斜視図である。図８（ａ）に示すように、光源４１から出射された光は、垂直拡散スクリーン１０’で拡散され、観察位置４２で観察者に観察される。この場合の観察位置４２とは、観察者の位置を二次元の平面で表現した観察面であり、垂直拡散スクリーン１０’と平行に位置している。
【００４１】
図８（ｂ）は、観察位置４２の平面上にて、光源４１の光軸と平行な方向より右側斜め約１０°の角度から垂直拡散スクリーン１０’を見た場合の光線軌跡の正面図である。垂直拡散スクリーン１０’への垂直方向の入射角が大きい光ほど、水平成分を多くもって拡散し、０°で入射した光は水平成分をほとんど持たずに拡散する。このため、それぞれの拡散光Ｌｄが観察面４２上で描く輝線は円弧状に撓む。このように拡散光が円弧状に撓んでしまうと、観察者の眼には、図８（ｂ）に示す円弧状の輝線の曲線とは逆向きの円弧状の輝線が入射されることになる。この結果、円弧状に撓んだ輝線が垂直拡散スクリーン１０’の上下端部で隣の円弧状に撓んでしまう。このときの垂直拡散スクリーン１０’の状態を図９に示す。
【００４２】
図９は垂直拡散スクリーン１０’の正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０’に表示された点線で示す丸は、それぞれ投射部６に備えられた投射レンズを示す。これらの投射レンズは、図９では観察者からは本来見えないが理解を助けるために図示した。図９に示すように、垂直拡散スクリーン１０’には、太い黒線で示す縦ラインが複数表示される。垂直拡散スクリーン１０’の上下端付近において、縦ラインが円弧状に撓む。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の中心部分の水平拡散角θｔを最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角θｔが最適拡散角と異なってしまい、垂直拡散スクリーン１０’の周辺部分の奥行き感が損なわれてしまう。また、円弧状に曲がった縦ラインの重なる部分と重ならない部分とによる光の粗密の分布が生じてしまい、結果的に、輝度ムラが生じてしまうことになる。
【００４３】
［作用等］
本実施形態によれば、レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配置され、レンズ部２５の曲率が垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した入射光の水平拡散角θｔを垂直方向（図２に示すＺ方向）に連続的に変化させる。レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔは、レンチキュラーシート１３の垂直方向の中央部２５Ａが最大、上下端部２５Ｂが最小となるように、垂直方向（Ｚ方向）の位置に応じて連続的に変化する。つまり、垂直拡散スクリーン１０の垂直方向での位置に応じて、垂直拡散スクリーン１０から出射される光の水平拡散角θｔを最適水平拡散角にすることができる。
【００４４】
この結果、従来、図９に示すように垂直方向に円弧状に曲がって垂直拡散スクリーン１０に表示されていた縦ラインの隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることができ、輝度ムラを低減することができ、垂直拡散スクリーン１０に表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
本発明に一実施形態に係る画像表示装置について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態以降においては、上記第１の実施の形態と同様の構成部材には同一の符号を付しその説明を省略し、異なる箇所を中心に説明する。
【００４６】
［投射部の構成］
図１０は第２の実施の形態に係る画像表示装置の投射部の構成を示す斜視図、図１１は図１０に示す画像表示装置の投射部の側面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の画像表示装置１００は、上記第１の実施の形態の画像表示装置１に比べて、複数の投射部６Ａ及びハーフミラー５１を更に備え、投射部６、６Ａが複数段に配設されている点が異なる。
【００４７】
投射部６の幅は、図１０に示すように、所定の幅Ｗに設定されている。この投射部６の幅とは、複数の投射部６が配列される方向（図１０のＹ方向）の投射部６の長さである。複数の投射部６Ａは、投射部６と同じ方向に同じ間隔で配列されている。それぞれの投射部６Ａは、それぞれ投射部６に対して配列方向（図１０のＹ方向）に投射部６の幅Ｗの半分の長さだけずらして配置されている。なお、本実施形態では、投射部６の幅Ｗの半分の長さＷ／２だけずらす例を示した。しかし、これに限定されず、例えば隣接して配列された投射部６のピッチの半分の長さだけ投射部６に対して投射部６Ａをずらして配列するようにしてもよい。
【００４８】
それぞれの投射部６Ａは、図１１に示すように、それぞれ投射部６に対して９０度回転した状態で配置される。投射部６は、内蔵する光源側からの光をハーフミラー５１に向けて投射する投射レンズ５３を備える。投射レンズ５３は、ハーフミラー５１の背面の近くに設けられている。投射部６Ａは、内蔵する光源からの光をハーフミラー５１に向けて投射する投射レンズ５４を備える。投射レンズ５４は、ハーフミラー５１の上面の近くに配置されている。
【００４９】
ハーフミラー５１は、各投射レンズ５３及び５４に対面するように、投射部６Ａの配列方向に配置されている。ハーフミラー５１は、投射レンズ５３からの光と、投射レンズ５４からの光とを合成し、垂直拡散スクリーン１０Ａに投影する。なお、本実施形態では、ハーフミラー５１を例示したが、これに限定されず、例えばハーフミラー５１の代わりに偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter ＰＢＳ）を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば投射部６の投射レンズ５３から偏光ビームスプリッタに入射した光のｐ偏光成分が垂直拡散スクリーン１０Ａに投射され、投射部６Ａの投射レンズ５４から偏光ビームスプリッタに入射した光のｓ偏光成分が垂直拡散スクリーン１０Ａに投射される。
【００５０】
投射部６の投射レンズ５３から投射された光は、ハーフミラー５１に入射し、図１０及び図１１に示すように垂直拡散スクリーン１０Ａに入射する。投射部６Ａの投射レンズ５４から投射された光は、ハーフミラー５１にその上面側から入射し、ハーフミラー５１で反射し、垂直拡散スクリーン１０Ａに入射する。つまり、図１０に示すように投射部６の幅Ｗの半分の間隔Ｗ／２でハーフミラー５１上の複数の投射位置Ｔから光が垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて照射される。投射部６の幅Ｗより小さい間隔Ｗ／２で光を投射することができる。これらの複数の投射位置Ｔは、光学的に１段かつ等間隔に配置されている。垂直拡散スクリーン１０Ａのレンチキュラーシート１３のレンズ部２５に入射した光は、上記実施形態と同様に、中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて徐々に水平拡散角θｔが小さくなるように拡散する。
【００５１】
［作用等］
本実施形態によれば、水平方向（図１０のＹ方向）に所定の間隔で複数配列された投射部６と、それぞれの投射部６に対して投射部６の幅Ｗの半分の長さ水平方向（図１０のＹ方向）にずれて配列された投射部６Ａと、ハーフミラー５１とを備える。これにより、図１１に示すように、投射レンズ５３からの光はハーフミラー５１を透過し垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて拡散し、投射レンズ５４からの光はハーフミラー５１に入射し反射面で垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて反射する。この結果、図１０に示すように投射部６の幅Ｗの半分の間隔で配列方向（Ｙ方向）に直線状に配列された複数の投射位置Ｔから光を垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて照射することができる。つまり、より多くの画像情報を用いることができ、画像情報の数が多い程奥行き方向の解像度が向上するので、より高解像度の立体画像を垂直拡散スクリーン１０Ａに表示することができる。
【００５２】
このとき、本実施形態では、垂直拡散スクリーン１０Ａのレンチキュラーシート１３のレンズ部２５に入射した光は、上記実施形態と同様に、中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて徐々に水平拡散角θｔが小さくなるように拡散する。この結果、縦ラインの上下端での湾曲をなくし、輝度ムラを低減すると共に画像の奥行き感を向上させることができる。光学的に１段かつ等間隔に配置された複数の投射位置Ｔから光を投射することができるので、確実に輝度ムラの発生を防止することができる。
【００５３】
＜第３の実施の形態＞
［投射部の構成］
次に、第３の実施の形態の画像表示装置について説明する。
図１２は第３の実施形態に係る立体画像表示装の投射部の正面図である。
同図に示すように、本実施形態の画像表示装置２００は、第２の実施形態に比べて、上段に配列された投射部６Ｂの投射方向が下段の投射部６の投射方向に一致している点と、後述する第２の垂直拡散レンズを備える点が異なる。
【００５４】
図１２に示すように、水平方向に配列された投射部６の上には、水平方向に所定の長さずらして（例えば投射部６の幅Ｗの半分の長さ）、複数の投射部６Ｂが水平方向に配列されている。投射部６Ｂの投射レンズ５４Ｂは、それぞれ投射部６の投射レンズ５３と同一方向（Ｙ方向）に向けて配置されている。つまり、投射部６Ｂの投射レンズ５４Ｂから投射される光と、投射部６の投射レンズ５３から投射される光の方向は一致している。
【００５５】
［垂直拡散スクリーンの構成］
本実施形態の垂直拡散スクリーンは、第１の実施の形態の垂直拡散スクリーン１０に比べて、レンチキュラーシート１３の代わりに図示しない第２のレンチキュラーシートを備える。第２のレンチキュラーシートは、水平拡散角を垂直拡散スクリーンの中央部より一方の端部で大きくし他方の端部で小さくするように連続的に曲率が変化する半円柱形状の第２のレンズ部を複数備える。これらの第２のレンズ部は、上下を逆にして隣り合わされて第２のレンチキュラーシートの一方の面側に複数配列されている。第２のレンチキュラーシートの第２のレンズ部は、中央部の曲率に対して一方の端部の曲率が大きく、他方の端部の曲率が小さい。
【００５６】
図１３は図１２に示す投射部６、６Ｂと、従来の垂直拡散スクリーン１０’とを備える画像表示装置を用いた場合の垂直拡散スクリーン１０’の正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
【００５７】
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０’に表示された点線で示す丸は、それぞれ投射部６、６Ｂに備えられた投射レンズ５３、５４Ｂを示す。これらの投射レンズ５３、５４Ｂは、図１３では観察者からは本来見えないが理解を助けるために図示した。図１３に示すように、垂直拡散スクリーン１０’には、太い黒線で示す縦ラインが複数表示される。垂直拡散スクリーン１０’の上下端付近において、縦ラインが円弧状に撓む。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の中心部分の水平拡散角θｔを最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角θｔが最適拡散角と異なってしまい、垂直拡散スクリーン１０’の周辺部分の奥行き感が損なわれてしまう。このときの撓みは、図９に示す撓みと異なり、図１３に示すようになる。
【００５８】
図１３に示す縦ラインを左側から１本目の縦ライン、２本目の縦ライン・・・とする。このとき、垂直拡散スクリーン１０’の下端において、１本目の縦ラインと２本目の縦ラインとの間隔が、２本目の縦ラインと３本目の縦ラインとの間隔より大きくなっている。逆に、垂直拡散スクリーン１０’の垂直方向の上端において、１本目の縦ラインと２本目の縦ラインとの間隔が、２本目の縦ラインと３本目の縦ラインとの間隔より小さくなっている。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の下端において、奇数本目の縦ラインと偶数本目の縦ラインとの間隔が、偶数本目の縦ラインと奇数本目の縦ラインとの間隔より大きくなっている。垂直拡散スクリーン１０’の上端において、奇数本目の縦ラインと偶数本目の縦ラインとの間隔が、偶数本目の縦ラインと奇数本目の縦ラインとの間隔より小さくなっている。この結果、図９に示す輝度ムラに比べて図１３に示すように、より複雑な輝度ムラが生じてしまう。
【００５９】
［作用等］
これにより、垂直拡散スクリーンの第２のレンチキュラーシートの第２のレンズ部の一方の端部に入射した光は、中央部より大きい水平拡散角で拡散し、第２のレンズ部の他方の端部に入射した光は、中央部より小さい水平拡散角で拡散する。この結果、例えば図１３に示す２本目の縦ラインの下端側と１本目の縦ラインの下端側の隙間を埋める拡散角とし、２本目の縦ラインの上端側を３本目の縦ラインの上端側の隙間を埋める拡散角にすることで輝度ムラを低減すると共に画像の奥行き感を向上させることができる。
【００６０】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述したいずれの実施形態にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変更し或は上述した各実施形態を組み合わせて実施できるものである。
【００６１】
上記第１の実施の形態では、図２に示すように、光源側からフレネルレンズシート１１、レンチキュラーシート１２、レンチキュラーシート１３の順に配列されて垂直拡散スクリーン１０が構成されている例を示した。しかし、垂直拡散スクリーンはこれに限定されない。例えば、レンチキュラーシート１２とレンチキュラーシート１３との配置位置を入れ替えるようにしてもよい。また、垂直方向と水平方向とに複数の拡散レンズが配列され、各拡散レンズの焦点位置に対応する位置にピンホールが形成されたシートを複数の拡散レンズが配列されたシートと重ねて用いるようにしてもよい。このようにしても上記実施形態と同様に輝度ムラを低減し奥行き感が損なわれることを防止することができる。
【００６２】
上記実施形態では、図２に示すようにレンチキュラーシート１３の複数のレンズ部２５がレンチキュラーシート１２に対面するように、レンチキュラーシート１３が配置されている例を示した。しかし、レンチキュラーシート１３の配置はこれに限定されず、例えばレンチキュラーシート１３の複数のレンズ部２５をレンチキュラーシート１２側とは反対側にして配置するようにしてもよい。この場合には、レンチキュラーシート１２からの入射光は、レンチキュラーシート１３のレンズ部２５側の面とは反対側の平坦な面から入射し、レンズ部２５により所定の水平方向に拡散される。このようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
上記実施形態では、レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔが水平拡散角θｔ１〜θｔ２の間で連続的に調整されている例を示した。この連続的とは、例えばレンチキュラーシートの垂直方向の中央部から上下端部に向けて水平拡散角を断続的に変更することを含む。
【符号の説明】
【００６４】
θｖ 垂直拡散角
θｔ１、θｔ２ 水平拡散角
Ｌｄ 拡散光
１、１００、２００ 画像表示装置
６、６Ａ、６Ｂ、６ｍ 投射部
１０、１０Ａ 垂直拡散スクリーン
１１ フレネルレンズシート
１２、１３ レンチキュラーシート
２５Ａ 中央部
２５Ｂ 上下端部
５１ ハーフミラー
５３、５４、５４Ｂ 投射レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を拡散して表示するスクリーン及びスクリーンを備える画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像の生成を実現するために、人間の左右の眼に対して、３次元画像に対応する視差情報を入射する必要がある。例えば、スクリーンの後方に多数の投射部を配置し、スクリーンで光を拡散する。このスクリーンは、入射する光を垂直方向には比較的広く拡散させ水平方向にはほとんど拡散させない拡散角特性を必要とする。このような拡散特性は、特定の拡散特性を持つ１枚の拡散板（例えばレンチキュラーレンズ）を用いることにより得られる。このような構成にすることで、スクリーンの各画素を通過する光の水平方向の出射角度を保持し、左右の眼に対して別々の画像情報を入射することができる。
【０００３】
このとき、１台の投射部から表示される光がスクリーンの拡散異方性により垂直方向にしか拡散されない。このため、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようになっている。このようにしてスクリーン上に表示される縦ラインの光は、観察者の眼に視差映像として入射される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５０６２号公報（図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術では、奥行き方向の解像度を向上させるために投射部の間隔を小さくして投射部の数を増加させると、スクリーンに縦縞状の輝度ムラが発生する場合がある。本発明者らが検討した結果、スクリーンの拡散板から拡散異方性を持って拡散される光は、その垂直方向の拡散角度によって水平成分がそれぞれ異なる。このため、拡散された光は、垂直方向に直線状でなく円弧状に曲がってしまうことが判明した。この結果、投射部が規則正しく配設されていると、円弧状に曲がった拡散光の重なる部分と重ならない部分とによる光の粗密の分布が生じてしまい、結果的に、輝度ムラが生じてしまう、という問題がある。
【０００６】
例えばリアプロジェクター型の画像表示装置では、光線密度がスクリーン上下方向で異なるため、スクリーンの中心部分の最適水平拡散角と、スクリーンの上下端部の最適水平拡散角とが異なる。このため、水平拡散角を中心部分の最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角が最適拡散角と異なってしまい、スクリーンの周辺部分の奥行き感が損なわれる、という問題があった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーン及び画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るスクリーンは、投射装置からの光を投影するスクリーンであって、第１の拡散板と、第２の拡散板とを有する。上記第１の拡散板は、垂直方向への拡散角を有する。上記第２の拡散板は、上記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。
【０００９】
本発明では、第２の拡散板は、垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。つまり、スクリーンの垂直方向のそれぞれの位置に応じて、スクリーンから出射される光の水平方向の拡散角を最適な水平方向の拡散角に調整することができる。これにより、従来、垂直方向に円弧状に曲がってスクリーンから出射されていた光を直線状にすることができ、輝度ムラを低減することができると共に、スクリーンに表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００１０】
上記第２の拡散板の上記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１１】
上記第２の拡散板の光入射面には、垂直方向に軸を有する半円柱状の光学要素が水平方向に複数配列されており、上記半円柱の曲率により水平方向の拡散角が設定されているようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１２】
上記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１３】
本発明に係る画像表示装置は、投射部と、スクリーンとを有する。上記投射部は、光源からの光を空間光変調して出射する。上記スクリーンは、上記投射部からの光を投影する。上記スクリーンが、垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、上記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板とを具備する。
【００１４】
本発明では、第２の拡散板は、垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が上記垂直方向に連続的に変化する。つまり、スクリーンの垂直方向のそれぞれの位置に応じて、スクリーンから出射される光の水平方向の拡散角を最適な水平方向の拡散角に調整することができる。これにより、従来、垂直方向に円弧状に曲がってスクリーンから出射されていた光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることができ、輝度ムラを低減することができると共に、スクリーンに表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００１５】
上記第２の拡散板の上記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【００１６】
上記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、上記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化するようにしてもよい。
これにより、スクリーンの中央部から上下端部に向けて曲がって表示されていたライン状の光の隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることが出来る。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、輝度ムラが低減され奥行き感に優れた画像を表示可能なスクリーンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略を示す斜視図である。
【図２】垂直拡散スクリーンの分解斜視図である。
【図３】図２に示すレンチキュラーシートの部分側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】垂直拡散スクリーンの部分平面図である。
【図６】各投射部から光を投射した状態を示す図である。
【図７】複数の画像情報を利用した画像表示態様を模式的に示す図である。
【図８】投射部の光源から投射される光が従来の垂直拡散スクリーンを通して拡散される様子をシミュレーションした結果を示す光線図である。
【図９】垂直拡散スクリーンの正面の観察者の観察する拡散光パターンを示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る画像表示装置の投射部を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す画像表示装置の投射部の側面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る立体画像表示装の投射部の正面図である。
【図１３】図１２に示す投射部と、従来の垂直拡散スクリーンとを備える画像表示装置を用いた場合の垂直拡散スクリーンの正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略を示す斜視図である。
同図に示すように、この画像表示装置１は光線再生法を用いて立体画像の表示を行う装置である。画像表示装置１は、ベース２と、ベース２の上に設けられた基板保持部３、プロジェクタベース４及びスクリーン枠５と、投射部６と、基板７と、垂直拡散スクリーン１０と、図示しない冷却ファンなどで構成される。投射部６は、プロジェクタベース４に設けられている。基板７は、基板保持部３に保持され、投射部６を駆動及び制御する回路が実装されている。垂直拡散スクリーン１０は、スクリーン枠５に保持され、投射部６から投射される複数の画像光をそれぞれ垂直方向（Ｚ方向）に拡散して、水平方向（Ｙ方向）に連続的な視点の画像が投影される。
【００２０】
光線再生法では、画像を撮像するときに複数のカメラが用いられ、そのカメラごとに担当する撮像範囲が設定され、各カメラによって撮像されたそれぞれ視差のある画像が用意される。そして、視差の角度やそれに伴う屈折率等が計算され、その計算結果に基づき各画像が加工され、この加工処理により得られたそれぞれの画像が合成されることで１つの立体画像フレームが生成される。この実施の形態では、その複数のカメラによって撮像された個々の画像に対応する画像光が投射部６から垂直拡散スクリーン１０に向けて投射され、垂直拡散スクリーン１０でそれぞれ垂直方向に長い縦ラインの画像の連続として投影されるようになっている。
【００２１】
投射部６は、プロジェクタベース４に水平方向（図１のＹ方向）に複数配列して設けられている。複数の投射部６は、投射光の出射面をほぼ一平面（ＹＺ平面）にそろえて配列されている。投射部６は、垂直拡散スクリーン１０に向けて所定の拡散角で光を投射する。
【００２２】
なお、本実施形態では、投射部６が水平方向に１列に配列されている例を示したが、水平方向に加えて垂直方向（図１のＺ方向）にも投射部６が配列されるようにしてもよい。なお、投射部６は立体画像における一つの画素に相当するので、高画質な立体画像を得るためには投影素子の数はできるだけ多い方がよい。
【００２３】
投射部６は、それぞれ光源、空間光変調素子等を内蔵しており、それぞれ独立した投射装置として機能する。光源は、例えば白色光を出射するランプであり、具体的には超高圧水銀ランプなどが用いられている。空間光変調素子は、光源から入射した青、緑、赤ごとの光を変調して画像光を生成する。個々の投射部６から所定の画像が表示されるように、基板７に実装された回路によって、空間光変調素子への画像データの供給が制御される。空間光変調素子には、例えば反射型の液晶素子が用いられる。なお、空間光変調素子としては、反射型の液晶表示素子の他に、透過型の液晶表示素子、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を用いることもできる。
【００２４】
［垂直拡散スクリーン１０の構成］
次に、垂直拡散スクリーン１０の構成を図２から図５を用いて説明する。
図２は垂直拡散スクリーン１０の分解斜視図である。
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０は、例えばフレネルレンズシート１１、レンチキュラーシート１２及びレンチキュラーシート１３を備える。
【００２５】
フレネルレンズシート１１は、光源から入射した光を平行光に変換し、レンチキュラーシート１２に入射させる。
【００２６】
レンチキュラーシート１２は、フレネルレンズシート１１から入射した光を垂直方向（図２のＺ方向）に所定の垂直拡散角で拡散する。レンチキュラーシート１２の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２４が配列されている。レンズ部２４は、それぞれ軸方向を水平方向（図２のＹ方向）にして配置されている。複数のレンズ部２４は、垂直方向（図２のＺ方向）に隣接して配設されている。レンズ部２４の曲面の曲率は、垂直拡散角に応じて適宜変更可能である。
【００２７】
レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した光を水平方向（図２のＹ方向）に所定の水平拡散角で拡散する。レンチキュラーシート１３は、垂直方向（Ｚ方向）に対して直交する水平方向（Ｙ方向）への拡散の角度（水平拡散角）が垂直方向（Ｚ方向）に連続的に変化する。レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配列されている。レンズ部２５は、それぞれ軸方向（長手方向）を垂直方向（図２のＺ方向）にして配置されている。複数のレンズ部２５は、水平方向（図２のＹ方向）に隣接して配設されている。レンズ部２５のピッチは、例えば１００μｍに設定されている。なお、このピッチは、特に限定されず、適宜変更可能である。
【００２８】
図３は図２に示すレンチキュラーシート１２の部分側面図である。図３は図２のレンチキュラーシート１２をＹ方向から見た図である。
同図に示すように、レンチキュラーシート１２のレンズ部２４は、フレネルレンズシート１１からの入射光（平行光）を垂直方向に垂直拡散角θｖで拡散する。垂直拡散角θｖは、レンズ部２４の曲面の曲率を変更することで変更可能である。垂直拡散角θｖは、例えば４０度以上とされている。レンズ部２４の垂直拡散角θｖは、水平方向の全域に亘って一定である。
【００２９】
図４は図２のＡ−Ａ断面図である。図４はレンチキュラーシート１３の垂直方向（図４のＺ方向）の中央部２５Ａでの断面図である。
レンチキュラーシート１３のレンズ部２５は、レンチキュラーシート１２からの入射光を水平方向（図４のＹ方向）に水平拡散角θｔ（θｔ１）で拡散する。水平拡散角θｔ１は、レンズ部２５の曲面の曲率を変更することで変更可能である。水平拡散角θｔ１は、例えば１度以下程度とされている。
【００３０】
図５は垂直拡散スクリーン１０の部分平面図である。図５はレンチキュラーシート１３の垂直方向（図４のＺ方向）の上下端部２５Ｂでの断面図である。
レンチキュラーシート１３のレンズ部２５は、レンチキュラーシート１２からの入射光を水平方向（図４のＹ方向）に水平拡散角θｔ（θｔ２）で拡散する。水平拡散角θｔ２は、水平拡散角θｔ１より小さく水平拡散角θｔ１の８０％以上の大きさとされている。水平拡散角θｔ２は、レンズ部２５の曲面の曲率を変更することで変更可能である。つまり、レンズ部２５の曲率は、図２に示すように、垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔは、レンチキュラーシート１３の垂直方向の中央部２５Ａが最大、上下端部２５Ｂが最小となるように、垂直方向（Ｚ方向）の位置に応じて連続的に変化する。
【００３１】
次に、立体画像を表示する原理について説明する。
まず、例えば画像表示装置１によって、予め表示する立体像を複数方向から撮影して、立体画像表示に必要な画像情報ｎ枚（ｎは、複数、例えば１００以上）分容易し、図示しない記憶部に記憶する。
【００３２】
図６は、各投射部６から光を投射した状態を示す図である。同図に示すように、各投射部６は、所定の水平拡散角及び垂直拡散角で、垂直拡散スクリーン１０に向けて、光を射出する。
【００３３】
図７は、複数の画像情報を利用した画像表示態様を模式的に示す図である。
例えば投射部６のうち１つの投射部６ｍから、矢印ｍ１〜ｍ５で示すように垂直拡散スクリーン１０に向かって投射光が投射される。なお、投射部６と垂直拡散スクリーン１０とが対向する空間の側面にミラー３０を配置する。これによって、ミラー３０により反射された光も矢印ｍ１’で示すように垂直拡散スクリーン１０に入射され、垂直拡散スクリーン１０における観察者からの視野角を広げる効果が得られる。
【００３４】
これらのｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光が垂直拡散スクリーン１０を通過する角度は、垂直拡散スクリーン１０を水平方向（Ｙ方向）には微小な水平拡散角θｔ１〜θｔ２を有する構成とすることにより、ほぼ保持される。ここで、これらの矢印ｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光は、予め用意しておいた立体画像を構成する複数枚の画像情報Ｐ１〜Ｐｎのうち、縦方向に分割された一部の画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍを表示する。
【００３５】
この場合、垂直拡散スクリーン１０を、その垂直方向には大きい垂直拡散角θｖを有し、水平方向には微小な水平拡散角θｔ１〜θｔ２を有する構成にすることによって、１つの投射部６の情報は、垂直方向にしか拡散されない。このため、１つの投射部６の情報は、縦ライン形状に表示される。
【００３６】
すなわち、矢印ｍ１’、ｍ２〜ｍ５で示す光が通過する垂直拡散スクリーン１０の位置を単位画素とすると、垂直方向に延びる単位画素から、立体画像を構成する縦ラインの画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍが出射されることになる。
【００３７】
ここで、垂直拡散スクリーン１０の隣の単位画素の表示ラインは、その隣の投射部６からの表示情報が眼に入ることで視認される。このように、複数台の投射部６からそれぞれ必要な情報が眼に入るようにすることによって、左右の眼で観察される垂直拡散スクリーン１０上の画像は、各投射部６による縦ラインを合成した画像である。
【００３８】
この場合、垂直拡散スクリーン１０が所定の水平拡散角θｔ１〜θｔ２（例えば１°未満）を有するため、各投射部６が表示するこれらの縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好な立体画像を表示することができる。
【００３９】
一方、投射部６から従来の垂直拡散スクリーン１０’へ入射する光の水平入射角は、上述したように０°でないので、光に垂直成分だけでなく水平成分も発生してしまう。このため、従来の垂直拡散スクリーン１０’に対して斜め方向に入射した光は傾きを持って拡散する。この現象について、図８を参照して説明する。なお、従来の垂直拡散スクリーン１０’は、垂直拡散スクリーン１０’の垂直方向での中央部と上下端部とでの水平拡散角が同じになるように設定されている。
【００４０】
図８（ａ）、（ｂ）は、投射部６の光源から投射される光が従来の垂直拡散スクリーン１０’を通して拡散される様子をシミュレーションした結果を示す光線図である。
図８（ａ）は投射部６の光源４１から観察位置（観察面）４２までの光線軌跡の概略斜視図である。図８（ａ）に示すように、光源４１から出射された光は、垂直拡散スクリーン１０’で拡散され、観察位置４２で観察者に観察される。この場合の観察位置４２とは、観察者の位置を二次元の平面で表現した観察面であり、垂直拡散スクリーン１０’と平行に位置している。
【００４１】
図８（ｂ）は、観察位置４２の平面上にて、光源４１の光軸と平行な方向より右側斜め約１０°の角度から垂直拡散スクリーン１０’を見た場合の光線軌跡の正面図である。垂直拡散スクリーン１０’への垂直方向の入射角が大きい光ほど、水平成分を多くもって拡散し、０°で入射した光は水平成分をほとんど持たずに拡散する。このため、それぞれの拡散光Ｌｄが観察面４２上で描く輝線は円弧状に撓む。このように拡散光が円弧状に撓んでしまうと、観察者の眼には、図８（ｂ）に示す円弧状の輝線の曲線とは逆向きの円弧状の輝線が入射されることになる。この結果、円弧状に撓んだ輝線が垂直拡散スクリーン１０’の上下端部で隣の円弧状に撓んでしまう。このときの垂直拡散スクリーン１０’の状態を図９に示す。
【００４２】
図９は垂直拡散スクリーン１０’の正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０’に表示された点線で示す丸は、それぞれ投射部６に備えられた投射レンズを示す。これらの投射レンズは、図９では観察者からは本来見えないが理解を助けるために図示した。図９に示すように、垂直拡散スクリーン１０’には、太い黒線で示す縦ラインが複数表示される。垂直拡散スクリーン１０’の上下端付近において、縦ラインが円弧状に撓む。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の中心部分の水平拡散角θｔを最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角θｔが最適拡散角と異なってしまい、垂直拡散スクリーン１０’の周辺部分の奥行き感が損なわれてしまう。また、円弧状に曲がった縦ラインの重なる部分と重ならない部分とによる光の粗密の分布が生じてしまい、結果的に、輝度ムラが生じてしまうことになる。
【００４３】
［作用等］
本実施形態によれば、レンチキュラーシート１３の入射面側には、半円柱形状を有する複数のレンズ部２５が配置され、レンズ部２５の曲率が垂直方向の中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて連続的に小さくなる。これにより、レンチキュラーシート１３は、レンチキュラーシート１２から入射した入射光の水平拡散角θｔを垂直方向（図２に示すＺ方向）に連続的に変化させる。レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔは、レンチキュラーシート１３の垂直方向の中央部２５Ａが最大、上下端部２５Ｂが最小となるように、垂直方向（Ｚ方向）の位置に応じて連続的に変化する。つまり、垂直拡散スクリーン１０の垂直方向での位置に応じて、垂直拡散スクリーン１０から出射される光の水平拡散角θｔを最適水平拡散角にすることができる。
【００４４】
この結果、従来、図９に示すように垂直方向に円弧状に曲がって垂直拡散スクリーン１０に表示されていた縦ラインの隙間を間隔に応じて最小限の拡散角で埋めることができ、輝度ムラを低減することができ、垂直拡散スクリーン１０に表示される画像の奥行き感を向上させることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
本発明に一実施形態に係る画像表示装置について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態以降においては、上記第１の実施の形態と同様の構成部材には同一の符号を付しその説明を省略し、異なる箇所を中心に説明する。
【００４６】
［投射部の構成］
図１０は第２の実施の形態に係る画像表示装置の投射部の構成を示す斜視図、図１１は図１０に示す画像表示装置の投射部の側面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の画像表示装置１００は、上記第１の実施の形態の画像表示装置１に比べて、複数の投射部６Ａ及びハーフミラー５１を更に備え、投射部６、６Ａが複数段に配設されている点が異なる。
【００４７】
投射部６の幅は、図１０に示すように、所定の幅Ｗに設定されている。この投射部６の幅とは、複数の投射部６が配列される方向（図１０のＹ方向）の投射部６の長さである。複数の投射部６Ａは、投射部６と同じ方向に同じ間隔で配列されている。それぞれの投射部６Ａは、それぞれ投射部６に対して配列方向（図１０のＹ方向）に投射部６の幅Ｗの半分の長さだけずらして配置されている。なお、本実施形態では、投射部６の幅Ｗの半分の長さＷ／２だけずらす例を示した。しかし、これに限定されず、例えば隣接して配列された投射部６のピッチの半分の長さだけ投射部６に対して投射部６Ａをずらして配列するようにしてもよい。
【００４８】
それぞれの投射部６Ａは、図１１に示すように、それぞれ投射部６に対して９０度回転した状態で配置される。投射部６は、内蔵する光源側からの光をハーフミラー５１に向けて投射する投射レンズ５３を備える。投射レンズ５３は、ハーフミラー５１の背面の近くに設けられている。投射部６Ａは、内蔵する光源からの光をハーフミラー５１に向けて投射する投射レンズ５４を備える。投射レンズ５４は、ハーフミラー５１の上面の近くに配置されている。
【００４９】
ハーフミラー５１は、各投射レンズ５３及び５４に対面するように、投射部６Ａの配列方向に配置されている。ハーフミラー５１は、投射レンズ５３からの光と、投射レンズ５４からの光とを合成し、垂直拡散スクリーン１０Ａに投影する。なお、本実施形態では、ハーフミラー５１を例示したが、これに限定されず、例えばハーフミラー５１の代わりに偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter ＰＢＳ）を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば投射部６の投射レンズ５３から偏光ビームスプリッタに入射した光のｐ偏光成分が垂直拡散スクリーン１０Ａに投射され、投射部６Ａの投射レンズ５４から偏光ビームスプリッタに入射した光のｓ偏光成分が垂直拡散スクリーン１０Ａに投射される。
【００５０】
投射部６の投射レンズ５３から投射された光は、ハーフミラー５１に入射し、図１０及び図１１に示すように垂直拡散スクリーン１０Ａに入射する。投射部６Ａの投射レンズ５４から投射された光は、ハーフミラー５１にその上面側から入射し、ハーフミラー５１で反射し、垂直拡散スクリーン１０Ａに入射する。つまり、図１０に示すように投射部６の幅Ｗの半分の間隔Ｗ／２でハーフミラー５１上の複数の投射位置Ｔから光が垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて照射される。投射部６の幅Ｗより小さい間隔Ｗ／２で光を投射することができる。これらの複数の投射位置Ｔは、光学的に１段かつ等間隔に配置されている。垂直拡散スクリーン１０Ａのレンチキュラーシート１３のレンズ部２５に入射した光は、上記実施形態と同様に、中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて徐々に水平拡散角θｔが小さくなるように拡散する。
【００５１】
［作用等］
本実施形態によれば、水平方向（図１０のＹ方向）に所定の間隔で複数配列された投射部６と、それぞれの投射部６に対して投射部６の幅Ｗの半分の長さ水平方向（図１０のＹ方向）にずれて配列された投射部６Ａと、ハーフミラー５１とを備える。これにより、図１１に示すように、投射レンズ５３からの光はハーフミラー５１を透過し垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて拡散し、投射レンズ５４からの光はハーフミラー５１に入射し反射面で垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて反射する。この結果、図１０に示すように投射部６の幅Ｗの半分の間隔で配列方向（Ｙ方向）に直線状に配列された複数の投射位置Ｔから光を垂直拡散スクリーン１０Ａに向けて照射することができる。つまり、より多くの画像情報を用いることができ、画像情報の数が多い程奥行き方向の解像度が向上するので、より高解像度の立体画像を垂直拡散スクリーン１０Ａに表示することができる。
【００５２】
このとき、本実施形態では、垂直拡散スクリーン１０Ａのレンチキュラーシート１３のレンズ部２５に入射した光は、上記実施形態と同様に、中央部２５Ａから上下端部２５Ｂに向けて徐々に水平拡散角θｔが小さくなるように拡散する。この結果、縦ラインの上下端での湾曲をなくし、輝度ムラを低減すると共に画像の奥行き感を向上させることができる。光学的に１段かつ等間隔に配置された複数の投射位置Ｔから光を投射することができるので、確実に輝度ムラの発生を防止することができる。
【００５３】
＜第３の実施の形態＞
［投射部の構成］
次に、第３の実施の形態の画像表示装置について説明する。
図１２は第３の実施形態に係る立体画像表示装の投射部の正面図である。
同図に示すように、本実施形態の画像表示装置２００は、第２の実施形態に比べて、上段に配列された投射部６Ｂの投射方向が下段の投射部６の投射方向に一致している点と、後述する第２の垂直拡散レンズを備える点が異なる。
【００５４】
図１２に示すように、水平方向に配列された投射部６の上には、水平方向に所定の長さずらして（例えば投射部６の幅Ｗの半分の長さ）、複数の投射部６Ｂが水平方向に配列されている。投射部６Ｂの投射レンズ５４Ｂは、それぞれ投射部６の投射レンズ５３と同一方向（Ｙ方向）に向けて配置されている。つまり、投射部６Ｂの投射レンズ５４Ｂから投射される光と、投射部６の投射レンズ５３から投射される光の方向は一致している。
【００５５】
［垂直拡散スクリーンの構成］
本実施形態の垂直拡散スクリーンは、第１の実施の形態の垂直拡散スクリーン１０に比べて、レンチキュラーシート１３の代わりに図示しない第２のレンチキュラーシートを備える。第２のレンチキュラーシートは、水平拡散角を垂直拡散スクリーンの中央部より一方の端部で大きくし他方の端部で小さくするように連続的に曲率が変化する半円柱形状の第２のレンズ部を複数備える。これらの第２のレンズ部は、上下を逆にして隣り合わされて第２のレンチキュラーシートの一方の面側に複数配列されている。第２のレンチキュラーシートの第２のレンズ部は、中央部の曲率に対して一方の端部の曲率が大きく、他方の端部の曲率が小さい。
【００５６】
図１３は図１２に示す投射部６、６Ｂと、従来の垂直拡散スクリーン１０’とを備える画像表示装置を用いた場合の垂直拡散スクリーン１０’の正面の観察者の観察する拡散光のパターンを示す図である。
【００５７】
同図に示すように、垂直拡散スクリーン１０’に表示された点線で示す丸は、それぞれ投射部６、６Ｂに備えられた投射レンズ５３、５４Ｂを示す。これらの投射レンズ５３、５４Ｂは、図１３では観察者からは本来見えないが理解を助けるために図示した。図１３に示すように、垂直拡散スクリーン１０’には、太い黒線で示す縦ラインが複数表示される。垂直拡散スクリーン１０’の上下端付近において、縦ラインが円弧状に撓む。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の中心部分の水平拡散角θｔを最適水平拡散角に合わせると上下端部の水平拡散角θｔが最適拡散角と異なってしまい、垂直拡散スクリーン１０’の周辺部分の奥行き感が損なわれてしまう。このときの撓みは、図９に示す撓みと異なり、図１３に示すようになる。
【００５８】
図１３に示す縦ラインを左側から１本目の縦ライン、２本目の縦ライン・・・とする。このとき、垂直拡散スクリーン１０’の下端において、１本目の縦ラインと２本目の縦ラインとの間隔が、２本目の縦ラインと３本目の縦ラインとの間隔より大きくなっている。逆に、垂直拡散スクリーン１０’の垂直方向の上端において、１本目の縦ラインと２本目の縦ラインとの間隔が、２本目の縦ラインと３本目の縦ラインとの間隔より小さくなっている。つまり、垂直拡散スクリーン１０’の下端において、奇数本目の縦ラインと偶数本目の縦ラインとの間隔が、偶数本目の縦ラインと奇数本目の縦ラインとの間隔より大きくなっている。垂直拡散スクリーン１０’の上端において、奇数本目の縦ラインと偶数本目の縦ラインとの間隔が、偶数本目の縦ラインと奇数本目の縦ラインとの間隔より小さくなっている。この結果、図９に示す輝度ムラに比べて図１３に示すように、より複雑な輝度ムラが生じてしまう。
【００５９】
［作用等］
これにより、垂直拡散スクリーンの第２のレンチキュラーシートの第２のレンズ部の一方の端部に入射した光は、中央部より大きい水平拡散角で拡散し、第２のレンズ部の他方の端部に入射した光は、中央部より小さい水平拡散角で拡散する。この結果、例えば図１３に示す２本目の縦ラインの下端側と１本目の縦ラインの下端側の隙間を埋める拡散角とし、２本目の縦ラインの上端側を３本目の縦ラインの上端側の隙間を埋める拡散角にすることで輝度ムラを低減すると共に画像の奥行き感を向上させることができる。
【００６０】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述したいずれの実施形態にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変更し或は上述した各実施形態を組み合わせて実施できるものである。
【００６１】
上記第１の実施の形態では、図２に示すように、光源側からフレネルレンズシート１１、レンチキュラーシート１２、レンチキュラーシート１３の順に配列されて垂直拡散スクリーン１０が構成されている例を示した。しかし、垂直拡散スクリーンはこれに限定されない。例えば、レンチキュラーシート１２とレンチキュラーシート１３との配置位置を入れ替えるようにしてもよい。また、垂直方向と水平方向とに複数の拡散レンズが配列され、各拡散レンズの焦点位置に対応する位置にピンホールが形成されたシートを複数の拡散レンズが配列されたシートと重ねて用いるようにしてもよい。このようにしても上記実施形態と同様に輝度ムラを低減し奥行き感が損なわれることを防止することができる。
【００６２】
上記実施形態では、図２に示すようにレンチキュラーシート１３の複数のレンズ部２５がレンチキュラーシート１２に対面するように、レンチキュラーシート１３が配置されている例を示した。しかし、レンチキュラーシート１３の配置はこれに限定されず、例えばレンチキュラーシート１３の複数のレンズ部２５をレンチキュラーシート１２側とは反対側にして配置するようにしてもよい。この場合には、レンチキュラーシート１２からの入射光は、レンチキュラーシート１３のレンズ部２５側の面とは反対側の平坦な面から入射し、レンズ部２５により所定の水平方向に拡散される。このようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
上記実施形態では、レンチキュラーシート１３の水平拡散角θｔが水平拡散角θｔ１〜θｔ２の間で連続的に調整されている例を示した。この連続的とは、例えばレンチキュラーシートの垂直方向の中央部から上下端部に向けて水平拡散角を断続的に変更することを含む。
【符号の説明】
【００６４】
θｖ 垂直拡散角
θｔ１、θｔ２ 水平拡散角
Ｌｄ 拡散光
１、１００、２００ 画像表示装置
６、６Ａ、６Ｂ、６ｍ 投射部
１０、１０Ａ 垂直拡散スクリーン
１１ フレネルレンズシート
１２、１３ レンチキュラーシート
２５Ａ 中央部
２５Ｂ 上下端部
５１ ハーフミラー
５３、５４、５４Ｂ 投射レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射装置からの光を投影するスクリーンであって、
垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、
前記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が前記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板と
を具備する
スクリーン。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
スクリーン。
【請求項３】
請求項２に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の光入射面には、垂直方向に軸を有する半円柱状の光学要素が水平方向に複数配列されており、
前記半円柱の曲率により水平方向の拡散角が設定されている
スクリーン。
【請求項４】
請求項１に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
スクリーン。
【請求項５】
光源からの光を空間光変調して出射する投射部と、
前記投射部からの光を投影するスクリーンとを具備し、
前記スクリーンが、垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、前記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が前記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板とを具備する
画像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
画像表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
画像表示装置。
【請求項１】
投射装置からの光を投影するスクリーンであって、
垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、
前記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が前記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板と
を具備する
スクリーン。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
スクリーン。
【請求項３】
請求項２に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の光入射面には、垂直方向に軸を有する半円柱状の光学要素が水平方向に複数配列されており、
前記半円柱の曲率により水平方向の拡散角が設定されている
スクリーン。
【請求項４】
請求項１に記載のスクリーンであって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
スクリーン。
【請求項５】
光源からの光を空間光変調して出射する投射部と、
前記投射部からの光を投影するスクリーンとを具備し、
前記スクリーンが、垂直方向への拡散角を有する第１の拡散板と、前記垂直方向に対して直交する水平方向への拡散の角度が前記垂直方向に連続的に変化する第２の拡散板とを具備する
画像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最大、上下端部が最小となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
画像表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記第２の拡散板の前記水平方向の拡散角は、前記第２の拡散板の垂直方向の中央部が最小、上下端部が最大となるように、垂直方向の位置に応じて連続的に変化する
画像表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１２２６４６（Ｐ２０１０−１２２６４６Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３８３（Ｐ２００９−２３８３）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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