立体映像拡大投影装置
【課題】電子ホログラフィによる立体映像の視域を拡大することができる立体映像拡大投影装置を提供する。
【解決手段】立体映像拡大投影装置１は、立体映像を拡大して投影するものであって、立体映像を表示する立体映像表示手段１０と、当該立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子と、からなる立体スクリーン３０と、を備えている。
【解決手段】立体映像拡大投影装置１は、立体映像を拡大して投影するものであって、立体映像を表示する立体映像表示手段１０と、当該立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子と、からなる立体スクリーン３０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ホログラフィによる立体映像を拡大投影する立体映像拡大投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、眼鏡を使う２眼式立体テレビや立体映画が普及しつつあり、眼鏡の不要な多眼式立体ディスプレイも開発されつつある。しかし、２眼式または多眼式の立体表示方式は、立体視要因（両眼視差、輻輳、焦点調節、運動視差）の一部しか用いておらず、特に焦点調節効果がないため、これらの方式で表示した立体映像を見ると、疲労が生じたり、頭痛が発生したりする等の問題がある。
【０００３】
一方、電子ホログラフィによる立体映像は、前記した立体視要因を全て満たすため、自然で人体にも負担のない立体映像の提供が可能である。しかしながら、電子ホログラフィによる立体映像は、立体映像の表示に光の回折を利用するため、表示素子の画素サイズを光の波長と同程度にする必要がある。従って、現在の技術では表示できる像が小さく、視域が狭いという問題がある。そこで、特許文献１では、図７に示すように、撮影レンズ２１０と再生レンズ２２０とをリレーレンズとして構成することで、実寸大の大きな立体映像を再生する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８０９９５号公報
【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、特許文献１で提案された方法で実寸大の大きな立体映像を再生すると、図７に示すように、再生される映像光線が限られた範囲にしか拡がらないため、立体再生像全体を観察するためには、観察者は再生レンズ２２０に接近した位置から観察する必要があった。従って、特許文献１で提案された方法は、観察する位置を自由に変えられない、すなわち視域が狭いという問題を依然として有していた。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、電子ホログラフィによる立体映像の視域を拡大することができる立体映像拡大投影装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために請求項１に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、を備える構成とした。
【０００８】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。
【０００９】
また、前記課題を解決するために請求項２に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、前記立体スクリーンに投影された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、を備える構成とした。
【００１０】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置は、拡大投影手段によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーンを用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００１１】
また、前記課題を解決するために請求項３に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像表示手段から表示された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、前記拡大投影手段によって拡大投影された前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、を備える構成とした。
【００１２】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の拡大立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置は、拡大投影手段によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーンを用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００１３】
また、請求項４に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子の屈折率が、前記媒体の屈折率よりも、１．０以上高い構成とした。
【００１４】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子の屈折率を媒体の屈折よりも１．０以上高くすることで、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。
【００１５】
また、請求項５に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子が、酸化チタンまたは酸化亜鉛であり、前記媒体が、水である構成とした。
【００１６】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子として、屈折率の高い酸化チタンまたは酸化亜鉛を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができる。また、立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する媒体として、屈折率が１．０に近い水を用いることで、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を大きくすることができる。
【００１７】
また、請求項６に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡であり、前記媒体が、透明なプラスチックである構成とした。
【００１８】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子として、屈折率の高い酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、立体スクリーンを用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角を拡げることができるため、立体映像の視域を拡大することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、立体スクリーンおよび拡大投影手段を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角および立体映像の大きさを拡大することができるため、立体映像の視域と大きさの両方を拡大することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、拡大投影手段および立体スクリーンを用いることで、立体映像の大きさおよび立体映像を構成する光線の拡がり角を拡大することができるため、立体映像の大きさと視域の両方を拡大することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を所定以上とすることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、光拡散粒子と媒体との組み合わせとして、両者の屈折率の差が拡がるような組み合わせを用いることで、立体映像の視域をより拡大することができる。また、媒体として液体である水を用いることで、固体の場合と比較して、立体スクリーンの作成が容易となる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、媒体として固体であるプラスチックを用いることで、液体の場合と比較して、持ち運びや設置の際にこぼれることがないため、取り扱いが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の立体映像表示装置によって表示される拡大立体像の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の効果を示す図であって、（ａ）は、立体スクリーンなしで観察した立体像を示す図、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置によって拡大投影された立体像を示す図、である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の変形例に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】本発明の従来技術に係る発明の全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る立体映像拡大投影装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の名称及び符号を付し、詳細説明を省略する。
【００２７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２８】
立体映像拡大投影装置１は、立体映像を拡大して投影するものである。立体映像拡大投影装置１は、ここでは図１に示すように、立体映像表示手段１０と、立体スクリーン３０と、を備えている。
【００２９】
立体映像表示手段１０は、電子ホログラフィによる立体映像を表示するものである。立体映像表示手段１０は、具体的には予め取得されたホログラムデータ（干渉縞の電子情報）を再生することで、立体映像を表示する。なお、ホログラムデータの取得方法は特に限定されず、例えば記録媒体に電子撮像デバイスを用いて干渉縞を映像信号として取得する方法や、被写体の空間的な位置情報等から計算によってホログラムを生成する方法や、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式で撮影した映像からホログラムを計算する方法等を利用することができる。
【００３０】
立体映像表示手段１０は、より具体的には位相変調型の空間光変調器で構成される。位相変調型の空間光変調器は、立体像を構成する光の位相のみを変調するため、再生する光に不要光（共役光と透過光）が含まれない。従って、立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、シングルサイドバンド法によって不要光を除去するための遮光板（図７参照）が不要となる。立体映像表示手段１０は、例えば位相変調型の液晶ディスプレイやマイクロミラーデバイスによって実現することができる。また、立体映像表示手段１０は、ここでは当該立体映像表示手段１０の手前側、すなわち観察者の側（図１の右側）に被写体の実像を表示することができる実像再生型の表示手段で構成される。
【００３１】
ここで、立体映像表示手段１０が表示する立体映像から出る光線の拡がり角αは、図１に示すように、当該立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大の拡がり角αで決まる。そして、図１に示すように、この拡がり角αが立体映像の元々（拡大前）の視域角αとなる。
【００３２】
立体映像表示手段１０は、大きな立体映像を表示するために、図１に示すように、当該立体映像表示手段１０から十分遠く離れた位置に立体像が形成されるような表示データ（ホログラムデータ）を再生することとする。なお、このような表示データは、例えば被写体を遠くに置いた場合の光線情報から作成することができる。立体映像表示手段１０は、このような表示データを再生することで、図１に示すように、立体映像から出る光線を拡がり角αで拡散させることができる。従って、小さな立体映像表示手段１０であっても、大きく拡大された立体映像を表示することができる。
【００３３】
例えば、図２に示す様に、被写体を立体映像表示手段１０から９１．６ｃｍ遠くに置いた場合の光線情報から表示データを作成し、その表示データをサイズ４ｃｍの立体映像表示手段１０で再生する場合、立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角が５度であると、立体映像表示手段１０から９１．６ｃｍ離れた場所に、立体映像表示装置のサイズの３倍に拡大された拡大立体像が表示される。
【００３４】
しかしながら、このように大きな立体映像を表示したとしても、図１に示すように、元々の光線の拡がり角α（視域角α）が小さいため、立体像から出る光線が拡散し、当該光線が互いに交差しない領域が生じる。従って、立体映像表示手段１０によって立体映像を表示しただけでは、視域角αが小さいため、視点を固定した状態で立体像の一部しか観察することができず、立体像の全体を一度に観察することができない。
【００３５】
例えば、立体映像表示手段１０から「ＮＩＣＴ」という文字が含まれる立体映像を表示すると、前記したように立体映像表示手段１０によって立体映像を表示しただけでは、図３（ａ）に示すように、立体像の中心領域しか観察することができない。これは、立体像の中心領域においてのみ光線同士が交差し、立体像の中心領域以外では光線同士が交差していないためである。
【００３６】
そこで、立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置する。これにより、図１に示すように、立体像から出る光線の拡がり角をαからβに拡大することができるため、広い拡がり角βを持った拡散光線が互いに交差するようになり、視点を固定したままで拡大立体像の全体を一度に観察できるようになる。
【００３７】
例えば、前記したように立体映像表示手段１０から「ＮＩＣＴ」という文字が含まれる立体映像を表示した場合において、立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置すると、図３（ｂ）に示すように、立体像の全体を観察できるようになる。これは、立体像の全体で光線同士が交差し、図３（ａ）よりも視域が拡大しているためである。
【００３８】
立体スクリーン３０は、立体映像の視域を拡大するものである。立体スクリーン３０は、光を透過する媒体（図示省略）と、当該媒体中に分散された光拡散粒子（図示省略）と、から構成される。立体スクリーン３０は、具体的には内部に光拡散粒子を分散させた液体または固体である。立体スクリーン３０は、図１に示すように、立体映像表示手段１０によって表示される立体映像の立体像が形成される位置に合わせて、立体映像表示手段１０から十分離れた位置に配置される。
【００３９】
立体スクリーン３０は、図１に示すように、立体映像の立体像を内部で表示（結像）するために、立体的な形状で構成される。但し、その具体的な形状は、当該立体像を表示することができる形状であればよく、図１に示すような立方体であってもよく、あるいは直方体であっても構わない。また、立体スクリーン３０の大きさは、前記したような大きく拡大された立体映像を表示できる大きさで構成される。なお、ここでは透明なアクリル等のプラスチック板を箱状に形成し、いずれかのプラスチック板に孔を形成するか、いずれかのプラスチック板を着脱自在とした。これにより、プラスチック板に形成された孔から、あるいはプレスチック板を着脱して光拡散粒子を容易に出し入れできる。
【００４０】
光拡散粒子は、光を拡散する微小な粒子である。光拡散粒子は、光を反射または屈折により拡散させる。光拡散粒子としては、具体的には酸化チタン、酸化亜鉛等の金属化合物の白色粉末や、ポリスチレン等の透明プラスチック素材をビーズ状に成形した粒子や、脂肪等の有機化合物の粒子、空気の泡等が挙げられる。
【００４１】
光拡散粒子のサイズは、光の波長よりも小さくても大きくてもよく、例えば１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、１０ｎｍ以下とすることが特に好ましい。光の波長よりも小さい光拡散粒子（例えば酸化チタン）を用いる場合は、可能な限り小さいものを用いることが好ましい。これにより、光の散乱効率を高めることができる。また、光の波長よりも大きい光拡散粒子を用いる場合は、光の波長の１．７倍程度の大きさのものを用いることが好ましい。これにより、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。
【００４２】
光拡散粒子の個数密度は、視域角には影響を与えず、投影する立体映像の明るさに影響を与える。例えば、光拡散粒子の個数密度を５００００個／ｍｍ２以上とすることで、立体映像の明るさを観察に影響のない明るさとすることができる。
【００４３】
媒体は、光拡散粒子が分散するとともに、光を透過する液体または固体である。媒体となる液体としては、水やアルコール、油等の透明な液体が挙げられる。媒体となる液体としては水が扱い易いが、水を用いる場合は親水性の良い光拡散粒子を用いる。また、媒体として液体を用いる場合は、分散させる液体の比重に近い比重を有する光拡散粒子を用いることが好ましい。これにより、光拡散粒子の分散状態を安定的に維持することができる。
【００４４】
媒体として液体を用いる場合、例えば図示しない立方体の透明な容器に液体を充填し、その中に光拡散粒子を投入し、攪拌して分散させることで立体スクリーン３０を作成することができる。なお、媒体として液体を用いると、固体の場合と比較して、立体スクリーン３０の作成が容易であるという利点がある。また、媒体となる液体としては、前記したように、水、アルコール、油等を用いるが、光の散乱量を増やすために、微粒子の屈折率となるべく大きく異なる屈折率を持つ液体を用いることが好ましい。例えば前記した微粒子の屈折率は１．０より大きいため、媒体としては、屈折率が１．０に近い水（屈折率：１．３３３４（２０℃））を用いることが最も好ましい。
【００４５】
媒体として水を用いる場合、光拡散粒子としては、屈折率の高い酸化チタン（屈折率：２．７２（ルチル）、２．５２（アナタース））や、酸化亜鉛（屈折率：１．９５）を用いることが好ましい。このように、光拡散粒子として屈折率の高い酸化チタンまたは酸化亜鉛を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができ、媒体として屈折率が１．０に近い水を用いることで、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を大きくすることができる。従って、光拡散粒子と媒体との組み合わせとして、両者の屈折率の差が拡がるような組み合わせを用いることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００４６】
また、媒体として水を用いる場合、光拡散粒子としては、酸化チタンを用いることが最も好ましい。これにより、立体スクリーン３０を構成する光拡散粒子の屈折率を媒体の屈折よりも１．０以上高くすることができるため、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。従って、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を所定以上とすることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００４７】
なお、光拡散粒子と媒体との組み合わせが、分散の安定性が短期的な光拡散粒子と液体との組み合わせである場合は、立体スクリーン３０は、液体を撹拌するための加振器や攪拌機を備えてもよい。
【００４８】
媒体となる固体としては、プラスチック等が上げられる。この場合、酸化チタンや酸化亜鉛の粉末をポリカーボネートやアクリル等の溶液中に分散させた後、熱や光等で硬化させたプラスチックを用いればよい。なお、媒体として固体を用いると、液体の場合と比較して、持ち運びや設置の際にこぼれることがないため、取り扱いが容易であるという利点がある。
【００４９】
また、プラスチック溶液内に微小な空気の泡（ナノバブル）を分散させて硬化させたものを用いても良い。この場合は、空気の屈折率が１であるので、プラスチック媒体には、できるだけ屈折率の高いものを用いるのが好ましく、具体的にはポリスチレン（屈折率：１．６）を用いることが好ましい。
【００５０】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。
【００５１】
従って、立体映像拡大投影装置１によれば、立体スクリーン３０を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角を拡げることができるため、立体映像の視域を拡大することができる。なお、実際に立体映像拡大投影装置１の効果について実験を行った結果、水を媒体とし、酸化チタン（粒径７ｎｍ）とした立体スクリーン３０に立体映像を投影すると、立体映像の元々の視域角α（＝５度）を、視域角β（＝１０度）に拡大することができた。
【００５２】
［第１実施形態の動作］
以下、立体映像拡大投影装置１の動作について、図１を参照しながら簡単に説明する。まず、立体映像表示手段１０によって、図１に示すように、予め取得されたホログラムデータを再生する。その際、立体映像の立体像は、図１に示すように、立体スクリーン３０の内部に形成される。すると、図１に示すように、立体スクリーン３０内の光拡散粒子によって光線が拡散し、当該光線の拡がり角αが拡がり角βに拡大する。また、立体スクリーン３０中の光拡散粒子は立体的に分散しているため、立体映像の各点が散乱光源となり、映像の立体性は保たれる。このような動作により、立体映像拡大投影装置１は、立体映像の視域を拡大することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａについて、図４を参照しながら簡単に説明する。第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａは、図４に示すように、拡大投影手段２０を更に備える点と、立体スクリーン３０が配置される位置以外は、第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、立体映像拡大投影装置１との相違点を中心に説明を行い、当該立体映像拡大投影装置１と重複する構成や、立体映像拡大投影装置１Ａの動作については詳細説明を省略する。
【００５４】
立体映像拡大投影装置１Ａの立体映像表示手段１０は、前記した立体映像拡大投影装置１と同様に、位相変調型の空間光変調器で構成される。一方、立体映像表示手段１０は、図４に示すように、当該立体映像表示手段１０に近接した位置に上下逆の立体像が形成されるような表示データ（ホログラムデータ）を再生することとする。そして、図４に示すように、立体スクリーン３０を立体映像表示手段１０に近接した位置であり、かつ、立体映像の立体像が形成される位置に配置する。これにより、図４に示すように、立体像の像サイズは拡大されていないものの、立体スクリーン３０によって視域角が元々のαからβに拡大された立体映像を表示することができる。
【００５５】
立体映像拡大投影装置１Ａの立体スクリーン３０の大きさは、図４に示すように、拡大されていない立体映像を表示できる大きさであればよく、前記した立体映像拡大投影装置１の立体スクリーン３０よりも小さいもので構わない。
【００５６】
拡大投影手段（拡大光学系）２０は、立体スクリーン３０に投影された立体映像を拡大投影するものである。拡大投影手段２０は、図４に示すように、焦点距離ｆを有する第１レンズ２１と、焦点距離２ｆを有する第２レンズ２２と、から構成される。すなわち、第２レンズ２２は、第１レンズ２１の２倍の焦点距離を有している。
【００５７】
このように、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離の２倍とすることで、図１に示すように、立体映像の立体像の像サイズを２倍に拡大し、当該拡大立体像を空中に表示することができる。なお、像サイズが２倍になると視域角が半分のβ／２となるが、立体スクリーン３０なしで単に拡大した場合の視域角α／２よりも大きいため、立体映像拡大投影装置１Ａによれば、立体像の像サイズ拡大と視域角拡大の両方を実現することができる。また、立体映像拡大投影装置１Ａは、図４に示すように、拡大立体像が空中に生成されるため、前記した立体映像拡大投影装置１のように液体や固体から構成される立体スクリーン３０の中に立体像を生成する場合と比較して、より自然な形で拡大立体像を観察できるというメリットもある。
【００５８】
第１レンズ２１および第２レンズ２２の大きさは、立体スクリーン３０によって視域角が拡大した光線を全て入射させることができる大きさで構成される。但し、第１レンズ２１の大きさを第２レンズ２２以上とする必要はない。第１レンズ２１および第２レンズ２２の大きさは、具体的には拡大したい立体像の像サイズと視域角βとに応じて決めればよい。なお、立体像の拡大率は前記したような２倍に限定されず、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離よりも大きくすることで、任意の拡大率に設定することができる。
【００５９】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１Ａは、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置１Ａは、拡大投影手段２０によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーン３０を用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００６０】
従って、立体映像拡大投影装置１Ａによれば、立体スクリーン３０および拡大投影手段２０を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角および立体映像の大きさを拡大することができるため、立体映像の視域と大きさの両方を拡大することができる。
【００６１】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂについて、図５を参照しながら簡単に説明する。第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂは、図５に示すように、立体映像表示手段１０の代わりに立体映像表示手段１０Ａを備える点と、拡大投影手段２０の代わりに拡大投影手段２０Ａを備える点と、立体スクリーン３０が配置される位置以外は、第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａと同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、立体映像拡大投影装置１Ａとの相違点を中心に説明を行い、当該立体映像拡大投影装置１Ａと重複する構成や、立体映像拡大投影装置１Ｂの動作については詳細説明を省略する。
【００６２】
立体映像拡大投影装置１Ｂの立体映像表示手段１０Ａは、前記した立体映像拡大投影装置１，１Ａとは異なり、振幅変調型の空間光変調器で構成される。振幅変調型の空間光変調器は、立体像を構成する光の位相に加えて振幅を変調するため、再生する光に不要光（共役光と透過光）が含まれる。従って、立体映像拡大投影装置１Ｂは、図５に示すように、シングルサイドバンド法によって不要光を除去するための遮光板２３が必要となる。立体映像表示手段１０Ａは、例えば振幅変調型の液晶ディスプレイやマイクロミラーデバイスによって実現することができる。
【００６３】
遮光板２３は、図５に示すように、拡大投影手段２０Ａの一部を構成し、第１レンズ２１と第２レンズ２２との間に配置される。そして、遮光板２３は、図５に示すように、視域の半分を覆うことで立体映像表示手段１０Ａから出る不要光を除去する。
【００６４】
拡大投影手段（拡大光学系）２０Ａは、立体映像表示手段１０Ａから表示された立体映像を拡大投影するものである。拡大投影手段２０Ａは、図５に示すように、焦点距離ｆを有する第１レンズ２１と、焦点距離２ｆを有する第２レンズ２２と、から構成される。すなわち、第２レンズ２２は、第１レンズ２１の２倍の焦点距離を有している。
【００６５】
このように、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離の２倍とすることで、図５に示すように、立体映像の立体像の像サイズが２倍に拡大される。なお、第１レンズ２１の大きさは、図５に示すように、立体映像表示手段１０Ａから拡がり角αで出る光線をカバーできる大きさであればよい。一方、第２レンズ２２の大きさは、図５に示すように、拡大された拡大立体像の光線をカバーできる大きさが必要となる。第２レンズ２２の大きさは、例えば前記したように第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の２倍とした場合、第１レンズ２１の２倍とする必要がある。なお、立体像の拡大率は前記したような２倍に限定されず、例えば第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離よりも大きくすることで、任意の拡大率に設定することができる。
【００６６】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１Ｂは、立体映像の拡大立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０Ａで表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置１Ｂは、拡大投影手段２０Ａによって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーン３０を用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００６７】
従って、立体映像拡大投影装置１Ｂによれば、拡大投影手段２０Ａおよび立体スクリーン３０を用いることで、立体映像の大きさおよび立体映像を構成する光線の拡がり角を拡大することができるため、立体映像の大きさと視域の両方を拡大することができる。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂは、電子ホログラフィや、インテグラルフォトグラフィ、体積表示型立体映像等の、実像を形成する方式の立体映像の拡大に利用することができる。特に理想的な立体映像であるものの、像サイズや視域の狭い電子ホロググラフィ映像の拡大に利用することで、その効果が最も発揮されることになる。
【００６９】
また、先に説明したように、電子ホログラフィによる立体映像は、光の波長と同程度の画素サイズを持つ表示デバイスを用いて、光の回折を利用して立体映像を再生するため、像サイズを大きくする為には、膨大な画素数を持つディスプレイを製作する必要があり、技術的、コスト的に実現の困難さが極めて高かった。一方、本発明に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂを用いると、低コストで技術的実現容易性を維持したまま、理想的な大型立体映像を実現する事ができ、頭痛や眼精疲労を起こすといった従来の２眼式または多眼式の立体表示方式の問題を解消し、自然で大きな立体映像を楽しむことができる。
【００７０】
以上、本発明に係る立体映像拡大投影装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００７１】
例えば、第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、立体映像表示手段１０によって表示される立体映像の立体像が形成される位置に合わせて、立体映像表示手段１０から十分離れた位置に配置されていたが、図６に示すように、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間に複数のミラーＭを挿入することで、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間の距離を短縮することもできる。この場合、変形例に係る立体映像拡大投影装置１Ｃは、例えば図６に示すように、立体映像表示手段１０から所定距離離れた前方（図面右側）に第１のミラーＭを配置し、当該第１のミラーＭの上方または下方に第２のミラーＭを配置し、当該第２のミラーＭの前方（右側）に第３のミラーＭを配置し、当該第３のミラーＭの下方または上方に第４のミラーＭを配置し、立体映像表示装置１０からの立体映像を反射させることで、立体スクリーン３０に立体映像を表示することができる。なお、現在の位置よりも上方または下方で立体映像を表示する場合には、２つのミラーＭのみを挿入することで、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間の距離を短縮することができる。
【００７２】
また、第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂは、振幅変調型の空間光変調器である立体映像表示手段１０Ａを用いていたが、これに代えて、第１、第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａで用いていた位相調型の空間光変調器である立体映像表示手段１０を用いても構わない。この場合、立体映像拡大投影装置１Ｂは、前記した立体映像拡大投影装置１，１Ａと同様に遮光版２３が不要となる。
【００７３】
また、第１〜第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂは、立体スクリーン３０の媒体として水等の液体やプラスチック等の固体を用いていたが、ゲル状の物質を媒体として用いても構わない。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 立体映像拡大投影装置
１０，１０Ａ 立体映像表示手段
２０，２０Ａ 拡大投影手段（拡大光学系）
２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
３０ 立体スクリーン
２１０ 撮影レンズ
２２０ 再生レンズ
Ｍ ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ホログラフィによる立体映像を拡大投影する立体映像拡大投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、眼鏡を使う２眼式立体テレビや立体映画が普及しつつあり、眼鏡の不要な多眼式立体ディスプレイも開発されつつある。しかし、２眼式または多眼式の立体表示方式は、立体視要因（両眼視差、輻輳、焦点調節、運動視差）の一部しか用いておらず、特に焦点調節効果がないため、これらの方式で表示した立体映像を見ると、疲労が生じたり、頭痛が発生したりする等の問題がある。
【０００３】
一方、電子ホログラフィによる立体映像は、前記した立体視要因を全て満たすため、自然で人体にも負担のない立体映像の提供が可能である。しかしながら、電子ホログラフィによる立体映像は、立体映像の表示に光の回折を利用するため、表示素子の画素サイズを光の波長と同程度にする必要がある。従って、現在の技術では表示できる像が小さく、視域が狭いという問題がある。そこで、特許文献１では、図７に示すように、撮影レンズ２１０と再生レンズ２２０とをリレーレンズとして構成することで、実寸大の大きな立体映像を再生する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８０９９５号公報
【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、特許文献１で提案された方法で実寸大の大きな立体映像を再生すると、図７に示すように、再生される映像光線が限られた範囲にしか拡がらないため、立体再生像全体を観察するためには、観察者は再生レンズ２２０に接近した位置から観察する必要があった。従って、特許文献１で提案された方法は、観察する位置を自由に変えられない、すなわち視域が狭いという問題を依然として有していた。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、電子ホログラフィによる立体映像の視域を拡大することができる立体映像拡大投影装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために請求項１に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、を備える構成とした。
【０００８】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。
【０００９】
また、前記課題を解決するために請求項２に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、前記立体スクリーンに投影された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、を備える構成とした。
【００１０】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置は、拡大投影手段によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーンを用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００１１】
また、前記課題を解決するために請求項３に係る立体映像拡大投影装置は、立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、前記立体映像表示手段から表示された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、前記拡大投影手段によって拡大投影された前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、を備える構成とした。
【００１２】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体映像の拡大立体像が形成される位置に立体スクリーンを配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置は、拡大投影手段によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーンを用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００１３】
また、請求項４に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子の屈折率が、前記媒体の屈折率よりも、１．０以上高い構成とした。
【００１４】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子の屈折率を媒体の屈折よりも１．０以上高くすることで、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。
【００１５】
また、請求項５に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子が、酸化チタンまたは酸化亜鉛であり、前記媒体が、水である構成とした。
【００１６】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子として、屈折率の高い酸化チタンまたは酸化亜鉛を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができる。また、立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する媒体として、屈折率が１．０に近い水を用いることで、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を大きくすることができる。
【００１７】
また、請求項６に係る立体映像拡大投影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る立体映像拡大投影装置であって、前記光拡散粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡であり、前記媒体が、透明なプラスチックである構成とした。
【００１８】
このような構成を備える立体映像拡大投影装置は、立体スクリーンを構成する光拡散粒子として、屈折率の高い酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、立体スクリーンを用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角を拡げることができるため、立体映像の視域を拡大することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、立体スクリーンおよび拡大投影手段を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角および立体映像の大きさを拡大することができるため、立体映像の視域と大きさの両方を拡大することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、拡大投影手段および立体スクリーンを用いることで、立体映像の大きさおよび立体映像を構成する光線の拡がり角を拡大することができるため、立体映像の大きさと視域の両方を拡大することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を所定以上とすることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、光拡散粒子と媒体との組み合わせとして、両者の屈折率の差が拡がるような組み合わせを用いることで、立体映像の視域をより拡大することができる。また、媒体として液体である水を用いることで、固体の場合と比較して、立体スクリーンの作成が容易となる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、媒体として固体であるプラスチックを用いることで、液体の場合と比較して、持ち運びや設置の際にこぼれることがないため、取り扱いが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の立体映像表示装置によって表示される拡大立体像の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置の効果を示す図であって、（ａ）は、立体スクリーンなしで観察した立体像を示す図、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置によって拡大投影された立体像を示す図、である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の変形例に係る立体映像拡大投影装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】本発明の従来技術に係る発明の全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る立体映像拡大投影装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の名称及び符号を付し、詳細説明を省略する。
【００２７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２８】
立体映像拡大投影装置１は、立体映像を拡大して投影するものである。立体映像拡大投影装置１は、ここでは図１に示すように、立体映像表示手段１０と、立体スクリーン３０と、を備えている。
【００２９】
立体映像表示手段１０は、電子ホログラフィによる立体映像を表示するものである。立体映像表示手段１０は、具体的には予め取得されたホログラムデータ（干渉縞の電子情報）を再生することで、立体映像を表示する。なお、ホログラムデータの取得方法は特に限定されず、例えば記録媒体に電子撮像デバイスを用いて干渉縞を映像信号として取得する方法や、被写体の空間的な位置情報等から計算によってホログラムを生成する方法や、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式で撮影した映像からホログラムを計算する方法等を利用することができる。
【００３０】
立体映像表示手段１０は、より具体的には位相変調型の空間光変調器で構成される。位相変調型の空間光変調器は、立体像を構成する光の位相のみを変調するため、再生する光に不要光（共役光と透過光）が含まれない。従って、立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、シングルサイドバンド法によって不要光を除去するための遮光板（図７参照）が不要となる。立体映像表示手段１０は、例えば位相変調型の液晶ディスプレイやマイクロミラーデバイスによって実現することができる。また、立体映像表示手段１０は、ここでは当該立体映像表示手段１０の手前側、すなわち観察者の側（図１の右側）に被写体の実像を表示することができる実像再生型の表示手段で構成される。
【００３１】
ここで、立体映像表示手段１０が表示する立体映像から出る光線の拡がり角αは、図１に示すように、当該立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大の拡がり角αで決まる。そして、図１に示すように、この拡がり角αが立体映像の元々（拡大前）の視域角αとなる。
【００３２】
立体映像表示手段１０は、大きな立体映像を表示するために、図１に示すように、当該立体映像表示手段１０から十分遠く離れた位置に立体像が形成されるような表示データ（ホログラムデータ）を再生することとする。なお、このような表示データは、例えば被写体を遠くに置いた場合の光線情報から作成することができる。立体映像表示手段１０は、このような表示データを再生することで、図１に示すように、立体映像から出る光線を拡がり角αで拡散させることができる。従って、小さな立体映像表示手段１０であっても、大きく拡大された立体映像を表示することができる。
【００３３】
例えば、図２に示す様に、被写体を立体映像表示手段１０から９１．６ｃｍ遠くに置いた場合の光線情報から表示データを作成し、その表示データをサイズ４ｃｍの立体映像表示手段１０で再生する場合、立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角が５度であると、立体映像表示手段１０から９１．６ｃｍ離れた場所に、立体映像表示装置のサイズの３倍に拡大された拡大立体像が表示される。
【００３４】
しかしながら、このように大きな立体映像を表示したとしても、図１に示すように、元々の光線の拡がり角α（視域角α）が小さいため、立体像から出る光線が拡散し、当該光線が互いに交差しない領域が生じる。従って、立体映像表示手段１０によって立体映像を表示しただけでは、視域角αが小さいため、視点を固定した状態で立体像の一部しか観察することができず、立体像の全体を一度に観察することができない。
【００３５】
例えば、立体映像表示手段１０から「ＮＩＣＴ」という文字が含まれる立体映像を表示すると、前記したように立体映像表示手段１０によって立体映像を表示しただけでは、図３（ａ）に示すように、立体像の中心領域しか観察することができない。これは、立体像の中心領域においてのみ光線同士が交差し、立体像の中心領域以外では光線同士が交差していないためである。
【００３６】
そこで、立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置する。これにより、図１に示すように、立体像から出る光線の拡がり角をαからβに拡大することができるため、広い拡がり角βを持った拡散光線が互いに交差するようになり、視点を固定したままで拡大立体像の全体を一度に観察できるようになる。
【００３７】
例えば、前記したように立体映像表示手段１０から「ＮＩＣＴ」という文字が含まれる立体映像を表示した場合において、立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置すると、図３（ｂ）に示すように、立体像の全体を観察できるようになる。これは、立体像の全体で光線同士が交差し、図３（ａ）よりも視域が拡大しているためである。
【００３８】
立体スクリーン３０は、立体映像の視域を拡大するものである。立体スクリーン３０は、光を透過する媒体（図示省略）と、当該媒体中に分散された光拡散粒子（図示省略）と、から構成される。立体スクリーン３０は、具体的には内部に光拡散粒子を分散させた液体または固体である。立体スクリーン３０は、図１に示すように、立体映像表示手段１０によって表示される立体映像の立体像が形成される位置に合わせて、立体映像表示手段１０から十分離れた位置に配置される。
【００３９】
立体スクリーン３０は、図１に示すように、立体映像の立体像を内部で表示（結像）するために、立体的な形状で構成される。但し、その具体的な形状は、当該立体像を表示することができる形状であればよく、図１に示すような立方体であってもよく、あるいは直方体であっても構わない。また、立体スクリーン３０の大きさは、前記したような大きく拡大された立体映像を表示できる大きさで構成される。なお、ここでは透明なアクリル等のプラスチック板を箱状に形成し、いずれかのプラスチック板に孔を形成するか、いずれかのプラスチック板を着脱自在とした。これにより、プラスチック板に形成された孔から、あるいはプレスチック板を着脱して光拡散粒子を容易に出し入れできる。
【００４０】
光拡散粒子は、光を拡散する微小な粒子である。光拡散粒子は、光を反射または屈折により拡散させる。光拡散粒子としては、具体的には酸化チタン、酸化亜鉛等の金属化合物の白色粉末や、ポリスチレン等の透明プラスチック素材をビーズ状に成形した粒子や、脂肪等の有機化合物の粒子、空気の泡等が挙げられる。
【００４１】
光拡散粒子のサイズは、光の波長よりも小さくても大きくてもよく、例えば１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、１０ｎｍ以下とすることが特に好ましい。光の波長よりも小さい光拡散粒子（例えば酸化チタン）を用いる場合は、可能な限り小さいものを用いることが好ましい。これにより、光の散乱効率を高めることができる。また、光の波長よりも大きい光拡散粒子を用いる場合は、光の波長の１．７倍程度の大きさのものを用いることが好ましい。これにより、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。
【００４２】
光拡散粒子の個数密度は、視域角には影響を与えず、投影する立体映像の明るさに影響を与える。例えば、光拡散粒子の個数密度を５００００個／ｍｍ２以上とすることで、立体映像の明るさを観察に影響のない明るさとすることができる。
【００４３】
媒体は、光拡散粒子が分散するとともに、光を透過する液体または固体である。媒体となる液体としては、水やアルコール、油等の透明な液体が挙げられる。媒体となる液体としては水が扱い易いが、水を用いる場合は親水性の良い光拡散粒子を用いる。また、媒体として液体を用いる場合は、分散させる液体の比重に近い比重を有する光拡散粒子を用いることが好ましい。これにより、光拡散粒子の分散状態を安定的に維持することができる。
【００４４】
媒体として液体を用いる場合、例えば図示しない立方体の透明な容器に液体を充填し、その中に光拡散粒子を投入し、攪拌して分散させることで立体スクリーン３０を作成することができる。なお、媒体として液体を用いると、固体の場合と比較して、立体スクリーン３０の作成が容易であるという利点がある。また、媒体となる液体としては、前記したように、水、アルコール、油等を用いるが、光の散乱量を増やすために、微粒子の屈折率となるべく大きく異なる屈折率を持つ液体を用いることが好ましい。例えば前記した微粒子の屈折率は１．０より大きいため、媒体としては、屈折率が１．０に近い水（屈折率：１．３３３４（２０℃））を用いることが最も好ましい。
【００４５】
媒体として水を用いる場合、光拡散粒子としては、屈折率の高い酸化チタン（屈折率：２．７２（ルチル）、２．５２（アナタース））や、酸化亜鉛（屈折率：１．９５）を用いることが好ましい。このように、光拡散粒子として屈折率の高い酸化チタンまたは酸化亜鉛を用いることで、立体映像を構成する光線をより広範囲に散乱させることができ、媒体として屈折率が１．０に近い水を用いることで、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を大きくすることができる。従って、光拡散粒子と媒体との組み合わせとして、両者の屈折率の差が拡がるような組み合わせを用いることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００４６】
また、媒体として水を用いる場合、光拡散粒子としては、酸化チタンを用いることが最も好ましい。これにより、立体スクリーン３０を構成する光拡散粒子の屈折率を媒体の屈折よりも１．０以上高くすることができるため、散乱光を全方向に一様に散乱させることができる。従って、光拡散粒子と媒体との屈折率の差を所定以上とすることで、立体映像の視域をより拡大することができる。
【００４７】
なお、光拡散粒子と媒体との組み合わせが、分散の安定性が短期的な光拡散粒子と液体との組み合わせである場合は、立体スクリーン３０は、液体を撹拌するための加振器や攪拌機を備えてもよい。
【００４８】
媒体となる固体としては、プラスチック等が上げられる。この場合、酸化チタンや酸化亜鉛の粉末をポリカーボネートやアクリル等の溶液中に分散させた後、熱や光等で硬化させたプラスチックを用いればよい。なお、媒体として固体を用いると、液体の場合と比較して、持ち運びや設置の際にこぼれることがないため、取り扱いが容易であるという利点がある。
【００４９】
また、プラスチック溶液内に微小な空気の泡（ナノバブル）を分散させて硬化させたものを用いても良い。この場合は、空気の屈折率が１であるので、プラスチック媒体には、できるだけ屈折率の高いものを用いるのが好ましく、具体的にはポリスチレン（屈折率：１．６）を用いることが好ましい。
【００５０】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１は、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。
【００５１】
従って、立体映像拡大投影装置１によれば、立体スクリーン３０を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角を拡げることができるため、立体映像の視域を拡大することができる。なお、実際に立体映像拡大投影装置１の効果について実験を行った結果、水を媒体とし、酸化チタン（粒径７ｎｍ）とした立体スクリーン３０に立体映像を投影すると、立体映像の元々の視域角α（＝５度）を、視域角β（＝１０度）に拡大することができた。
【００５２】
［第１実施形態の動作］
以下、立体映像拡大投影装置１の動作について、図１を参照しながら簡単に説明する。まず、立体映像表示手段１０によって、図１に示すように、予め取得されたホログラムデータを再生する。その際、立体映像の立体像は、図１に示すように、立体スクリーン３０の内部に形成される。すると、図１に示すように、立体スクリーン３０内の光拡散粒子によって光線が拡散し、当該光線の拡がり角αが拡がり角βに拡大する。また、立体スクリーン３０中の光拡散粒子は立体的に分散しているため、立体映像の各点が散乱光源となり、映像の立体性は保たれる。このような動作により、立体映像拡大投影装置１は、立体映像の視域を拡大することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａについて、図４を参照しながら簡単に説明する。第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａは、図４に示すように、拡大投影手段２０を更に備える点と、立体スクリーン３０が配置される位置以外は、第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、立体映像拡大投影装置１との相違点を中心に説明を行い、当該立体映像拡大投影装置１と重複する構成や、立体映像拡大投影装置１Ａの動作については詳細説明を省略する。
【００５４】
立体映像拡大投影装置１Ａの立体映像表示手段１０は、前記した立体映像拡大投影装置１と同様に、位相変調型の空間光変調器で構成される。一方、立体映像表示手段１０は、図４に示すように、当該立体映像表示手段１０に近接した位置に上下逆の立体像が形成されるような表示データ（ホログラムデータ）を再生することとする。そして、図４に示すように、立体スクリーン３０を立体映像表示手段１０に近接した位置であり、かつ、立体映像の立体像が形成される位置に配置する。これにより、図４に示すように、立体像の像サイズは拡大されていないものの、立体スクリーン３０によって視域角が元々のαからβに拡大された立体映像を表示することができる。
【００５５】
立体映像拡大投影装置１Ａの立体スクリーン３０の大きさは、図４に示すように、拡大されていない立体映像を表示できる大きさであればよく、前記した立体映像拡大投影装置１の立体スクリーン３０よりも小さいもので構わない。
【００５６】
拡大投影手段（拡大光学系）２０は、立体スクリーン３０に投影された立体映像を拡大投影するものである。拡大投影手段２０は、図４に示すように、焦点距離ｆを有する第１レンズ２１と、焦点距離２ｆを有する第２レンズ２２と、から構成される。すなわち、第２レンズ２２は、第１レンズ２１の２倍の焦点距離を有している。
【００５７】
このように、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離の２倍とすることで、図１に示すように、立体映像の立体像の像サイズを２倍に拡大し、当該拡大立体像を空中に表示することができる。なお、像サイズが２倍になると視域角が半分のβ／２となるが、立体スクリーン３０なしで単に拡大した場合の視域角α／２よりも大きいため、立体映像拡大投影装置１Ａによれば、立体像の像サイズ拡大と視域角拡大の両方を実現することができる。また、立体映像拡大投影装置１Ａは、図４に示すように、拡大立体像が空中に生成されるため、前記した立体映像拡大投影装置１のように液体や固体から構成される立体スクリーン３０の中に立体像を生成する場合と比較して、より自然な形で拡大立体像を観察できるというメリットもある。
【００５８】
第１レンズ２１および第２レンズ２２の大きさは、立体スクリーン３０によって視域角が拡大した光線を全て入射させることができる大きさで構成される。但し、第１レンズ２１の大きさを第２レンズ２２以上とする必要はない。第１レンズ２１および第２レンズ２２の大きさは、具体的には拡大したい立体像の像サイズと視域角βとに応じて決めればよい。なお、立体像の拡大率は前記したような２倍に限定されず、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離よりも大きくすることで、任意の拡大率に設定することができる。
【００５９】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１Ａは、立体映像の立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０で表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置１Ａは、拡大投影手段２０によって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーン３０を用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００６０】
従って、立体映像拡大投影装置１Ａによれば、立体スクリーン３０および拡大投影手段２０を用いることで、立体映像を構成する光線の拡がり角および立体映像の大きさを拡大することができるため、立体映像の視域と大きさの両方を拡大することができる。
【００６１】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂについて、図５を参照しながら簡単に説明する。第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂは、図５に示すように、立体映像表示手段１０の代わりに立体映像表示手段１０Ａを備える点と、拡大投影手段２０の代わりに拡大投影手段２０Ａを備える点と、立体スクリーン３０が配置される位置以外は、第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ａと同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、立体映像拡大投影装置１Ａとの相違点を中心に説明を行い、当該立体映像拡大投影装置１Ａと重複する構成や、立体映像拡大投影装置１Ｂの動作については詳細説明を省略する。
【００６２】
立体映像拡大投影装置１Ｂの立体映像表示手段１０Ａは、前記した立体映像拡大投影装置１，１Ａとは異なり、振幅変調型の空間光変調器で構成される。振幅変調型の空間光変調器は、立体像を構成する光の位相に加えて振幅を変調するため、再生する光に不要光（共役光と透過光）が含まれる。従って、立体映像拡大投影装置１Ｂは、図５に示すように、シングルサイドバンド法によって不要光を除去するための遮光板２３が必要となる。立体映像表示手段１０Ａは、例えば振幅変調型の液晶ディスプレイやマイクロミラーデバイスによって実現することができる。
【００６３】
遮光板２３は、図５に示すように、拡大投影手段２０Ａの一部を構成し、第１レンズ２１と第２レンズ２２との間に配置される。そして、遮光板２３は、図５に示すように、視域の半分を覆うことで立体映像表示手段１０Ａから出る不要光を除去する。
【００６４】
拡大投影手段（拡大光学系）２０Ａは、立体映像表示手段１０Ａから表示された立体映像を拡大投影するものである。拡大投影手段２０Ａは、図５に示すように、焦点距離ｆを有する第１レンズ２１と、焦点距離２ｆを有する第２レンズ２２と、から構成される。すなわち、第２レンズ２２は、第１レンズ２１の２倍の焦点距離を有している。
【００６５】
このように、第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離の２倍とすることで、図５に示すように、立体映像の立体像の像サイズが２倍に拡大される。なお、第１レンズ２１の大きさは、図５に示すように、立体映像表示手段１０Ａから拡がり角αで出る光線をカバーできる大きさであればよい。一方、第２レンズ２２の大きさは、図５に示すように、拡大された拡大立体像の光線をカバーできる大きさが必要となる。第２レンズ２２の大きさは、例えば前記したように第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の２倍とした場合、第１レンズ２１の２倍とする必要がある。なお、立体像の拡大率は前記したような２倍に限定されず、例えば第２レンズ２２の焦点距離を第１レンズ２１の焦点距離よりも大きくすることで、任意の拡大率に設定することができる。
【００６６】
以上のような構成を備える立体映像拡大投影装置１Ｂは、立体映像の拡大立体像が形成される位置に立体スクリーン３０を配置することで、立体映像を構成する光線が立体スクリーン３０内部の光拡散粒子によって反射または屈折される。これにより、立体映像を構成する光線の拡がり角が、元々の拡がり角、すなわち立体映像表示手段１０Ａで表示できる光線の最大拡がり角以上に拡がるため、立体映像の視域が拡大する。また、立体映像拡大投影装置１Ｂは、拡大投影手段２０Ａによって立体映像を拡大投影することで視域角が減少するが、立体スクリーン３０を用いることで立体映像を構成する光線の拡がり角が元々の拡がり角よりも拡がっているため、立体映像の拡大に起因する視域角の減少を通常よりも抑えることができる。
【００６７】
従って、立体映像拡大投影装置１Ｂによれば、拡大投影手段２０Ａおよび立体スクリーン３０を用いることで、立体映像の大きさおよび立体映像を構成する光線の拡がり角を拡大することができるため、立体映像の大きさと視域の両方を拡大することができる。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂは、電子ホログラフィや、インテグラルフォトグラフィ、体積表示型立体映像等の、実像を形成する方式の立体映像の拡大に利用することができる。特に理想的な立体映像であるものの、像サイズや視域の狭い電子ホロググラフィ映像の拡大に利用することで、その効果が最も発揮されることになる。
【００６９】
また、先に説明したように、電子ホログラフィによる立体映像は、光の波長と同程度の画素サイズを持つ表示デバイスを用いて、光の回折を利用して立体映像を再生するため、像サイズを大きくする為には、膨大な画素数を持つディスプレイを製作する必要があり、技術的、コスト的に実現の困難さが極めて高かった。一方、本発明に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂを用いると、低コストで技術的実現容易性を維持したまま、理想的な大型立体映像を実現する事ができ、頭痛や眼精疲労を起こすといった従来の２眼式または多眼式の立体表示方式の問題を解消し、自然で大きな立体映像を楽しむことができる。
【００７０】
以上、本発明に係る立体映像拡大投影装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００７１】
例えば、第１実施形態に係る立体映像拡大投影装置１は、図１に示すように、立体映像表示手段１０によって表示される立体映像の立体像が形成される位置に合わせて、立体映像表示手段１０から十分離れた位置に配置されていたが、図６に示すように、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間に複数のミラーＭを挿入することで、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間の距離を短縮することもできる。この場合、変形例に係る立体映像拡大投影装置１Ｃは、例えば図６に示すように、立体映像表示手段１０から所定距離離れた前方（図面右側）に第１のミラーＭを配置し、当該第１のミラーＭの上方または下方に第２のミラーＭを配置し、当該第２のミラーＭの前方（右側）に第３のミラーＭを配置し、当該第３のミラーＭの下方または上方に第４のミラーＭを配置し、立体映像表示装置１０からの立体映像を反射させることで、立体スクリーン３０に立体映像を表示することができる。なお、現在の位置よりも上方または下方で立体映像を表示する場合には、２つのミラーＭのみを挿入することで、立体映像表示手段１０と立体スクリーン３０との間の距離を短縮することができる。
【００７２】
また、第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１Ｂは、振幅変調型の空間光変調器である立体映像表示手段１０Ａを用いていたが、これに代えて、第１、第２実施形態に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａで用いていた位相調型の空間光変調器である立体映像表示手段１０を用いても構わない。この場合、立体映像拡大投影装置１Ｂは、前記した立体映像拡大投影装置１，１Ａと同様に遮光版２３が不要となる。
【００７３】
また、第１〜第３実施形態に係る立体映像拡大投影装置１，１Ａ，１Ｂは、立体スクリーン３０の媒体として水等の液体やプラスチック等の固体を用いていたが、ゲル状の物質を媒体として用いても構わない。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 立体映像拡大投影装置
１０，１０Ａ 立体映像表示手段
２０，２０Ａ 拡大投影手段（拡大光学系）
２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
３０ 立体スクリーン
２１０ 撮影レンズ
２２０ 再生レンズ
Ｍ ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項２】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
前記立体スクリーンに投影された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項３】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像表示手段から表示された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、
前記拡大投影手段によって拡大投影された前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項４】
前記光拡散粒子の屈折率は、前記媒体の屈折率よりも、１．０以上高いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【請求項５】
前記光拡散粒子は、酸化チタンまたは酸化亜鉛であり、
前記媒体は、水であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【請求項６】
前記光拡散粒子は、酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡であり、
前記媒体は、透明なプラスチックであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【請求項１】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項２】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
前記立体スクリーンに投影された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項３】
立体映像を拡大して投影する立体映像拡大投影装置であって、
前記立体映像を表示する立体映像表示手段と、
前記立体映像表示手段から表示された前記立体映像を拡大投影する拡大投影手段と、
前記拡大投影手段によって拡大投影された前記立体映像の立体像が形成される位置に配置され、光を透過する媒体と、当該媒体中に分散された光拡散粒子とからなる立体スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像拡大投影装置。
【請求項４】
前記光拡散粒子の屈折率は、前記媒体の屈折率よりも、１．０以上高いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【請求項５】
前記光拡散粒子は、酸化チタンまたは酸化亜鉛であり、
前記媒体は、水であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【請求項６】
前記光拡散粒子は、酸化チタン、酸化亜鉛または空気の泡であり、
前記媒体は、透明なプラスチックであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像拡大投影装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９２５８２（Ｐ２０１３−９２５８２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３２７６（Ｐ２０１１−２３３２７６）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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