立体映像表示装置

【課題】立体映像表示装置において、映像発生装置とスクリーン及びプロジェクタとの間の同期を取るための大がかりなシステムを不要とし簡素な同期システムで動作することができる立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタ２は映像発生装置１から送出される奥行き映像に対応する映像光を射出するとともに、奥行き情報のそれぞれの奥行き位置に対応する複数の場所に信号光を射出する。複数の受光部５は奥行き位置に対応する信号光のみを受光する。積層スクリーン３は、入射する光に対する透過状態と散乱状態とが選択的に切り替えられる複数のスクリーン３ａで構成され、奥行き位置に対応する信号光を受光した受光部に対応した前記個々のスクリーンのみが散乱状態となり、他の個々のスクリーンは透過状態となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を観察するための立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体映像を得る方法として従来から、ホログラフィー方式、液晶メガネ方式、レンチキュラー方式、及びスクリーンシフト方式等が提案されている。スクリーンシフト方式とは、ＣＴやＭＲＩで撮影される断層撮影像（断画像）に例示される「奥行き方向に応じた複数の映像」（以下、奥行き映像と称する。）に対し、個々の映像の奥行き情報に応じて投射するスクリーン位置を変化させることにより、奥行き映像を立体的に表示する方式である。スクリーンシフト方式は、メガネを必要とせず、輻輳による目の疲労がなく、比較的簡単に動画再生が可能な立体表示方法である。
【０００３】
特許文献１には、概ね以下の内容が開示されている。奥行き映像を投射するプロジェクタと、プロジェクタからの投射光を平行ビームとするフレネルレンズと、フレネルレンズの射出側に配置した複数枚のスクリーンによって立体映像表示装置が構成される。奥行き映像信号とともに送出される同期信号により、複数枚のスクリーンの中で対応する特定のスクリーンが表示モードとして選択され、他のスクリーンは透明モードとして動作する。個々の奥行き映像は対応するスクリーンに時間順次に投影されることで立体映像が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の立体映像表示装置においては、奥行き映像を発生する映像発生装置からプロジェクタ及び複数のスクリーンへ奥行き情報に関するパルス信号を送り、表示すべきスクリーンの選択とプロジェクタのフォーカス調整を行う同期システムが必要であった。スクリーンの積層数の増加、画面サイズ・投射距離の増大に応じて大掛かりなシステムが必要であるという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、映像発生装置とスクリーン及びプロジェクタとの間の同期を取るための大がかりなシステムを不要とし簡素な同期システムで動作することができる立体映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、映像発生装置（１）から送出される奥行き映像に対応する映像光を射出するとともに、奥行き情報のそれぞれの奥行き位置に対応する複数の場所に信号光を射出するプロジェクタ（２）と、前記奥行き位置に対応する信号光のみを受光する複数の受光部（３）と、入射する光に対する透過状態と散乱状態とが選択的に切り替えられる複数のスクリーン（３ａ）で構成され、前記奥行き位置に対応する信号光を受光した受光部に対応した前記個々のスクリーン（３ａ）のみが散乱状態となり、他の個々のスクリーン（３ａ）は透過状態となる積層スクリーン（３）と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。
また、映像発生装置（１）から送出される奥行き映像に対応する映像光を射出するとともに、奥行き情報に応じた信号光を射出するプロジェクタ（２）と、前記信号光を受光する受光部（５）と、前記受光部が受けた前記信号光から対応するスクリーン（３ａ）を散乱状態に、前記対応するスクリーン以外の他のスクリーンを透過状態に制御する制御部（６）と、入射する光に対する透過状態または散乱状態を選択的に切り替えられる複数の前記スクリーンで構成され、前記制御部の制御する前記スクリーンのみが散乱状態となり、前記スクリーンの他のスクリーンは透過状態となる積層スクリーン（３）と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、映像発生装置とスクリーン及びプロジェクタとの間の同期を取るための大がかりなシステムを不要とし簡素な同期システムで動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の立体映像表示装置を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の立体映像表示装置により観察できる奥行き映像の１例を示す説明図である。
【図３】図２の奥行き映像を構成する３枚の個々の奥行き映像を示し、それらの奥行き映像が積層スクリーンの異なるスクリーン面に対応している様子を示す図である。
【図４】図１に示すプロジェクタのフォーカス調整について説明する説明図である。
【図５】図１に示すプロジェクタの表示デバイスとして用いるアクティブマトリクス型液晶デバイスの動作を説明するための回路図である。
【図６】アクティブマトリクス型液晶デバイスの画素配置の１例を示す説明図である。
【図７】図１に示す積層スクリーンの配置を示す斜視図である。
【図８】積層スクリーンを構成する個々のスクリーンと対応する受光部の接続関係を示す回路図である。
【図９】積層スクリーン３と受光部５の相対配置の１例を示す配置図である。
【図１０】図２の奥行き映像が投射された場合の、動作するフォトダイオードと個々の奥行き映像との関係を示す説明図である。
【図１１】第１の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のフローチャートに対応するタイミングチャートを示す。
【図１３】本発明の第２の実施形態の立体映像表示装置の概略を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す積層スクリーンと受光部の配置を示す斜視図である。
【図１５】第２の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１５に示したシーケンスのタイミングチャートを示す。
【図１７】第３の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連の動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１７のフローチャートに対応するタイミングチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の立体映像表示装置を示す概略構成図である。奥行き映像は、ＣＡＤ、３次元ＣＧ等で作成された映像を基に映像発生装置１で再生されるか又は映像発生装置４自体で作成される。奥行き映像は奥行き情報とともに映像発生装置１からプロジェクタ２に送出される。
奥行き映像はプロジェクタ２の表示デバイス２１で表示され、投射レンズ２５で投射されて積層スクリーン３の個々のスクリーン３ａ上で結像する。観察者８は個々のスクリーン３ａ上に投射された映像を観察する。
【００１２】
図２は、第１の実施形態の立体映像表示装置により観察できる奥行き映像の１例を示す図である。例示される映像４は、屋内から窓越しに外の風景を見る構図の映像である。図３は、図２の奥行き映像を構成する３枚の個々の奥行き映像を示し、それらの奥行き映像が積層スクリーン３の異なるスクリーン面に対応している様子を示す図である。映像の前景４１は、窓枠である。映像の背景４３が山脈である。映像の中間の景色４２は、一本の木である。
【００１３】
一般的に、立体表示をするためには、奥行き映像の奥行き数は最低２以上が必要である。図２、図３で例示した映像では奥行き数は３である。奥行き数Ｎである奥行き映像の集合が１フレームとなる。ところで、フリッカのない奥行き映像を再生するためには、フレーム周波数は６０Ｈz以上必要であるとされている。したがって、奥行き映像を構成する個々の映像は、奥行き数Ｎ＝２であれば１２０Ｈｚ、奥行き数＝３であれば１８０Ｈｚの周波数相当で表示することが望ましい。１フレーム中の奥行き映像の枚数（Ｎ）は多いほどより自然な立体感が得られる。
【００１４】
本実施形態の立体映像表示装置では、図２、図３で例示する映像が入力された場合、奥行き情報に応じた３枚の個々の奥行き映像に時分割して積層スクリーン３上に表示する。前景４１が、観察者８から見て一番手前のスクリーンに投射される。
【００１５】
図４は図１に示すプロジェクタ２のフォーカス調整について説明する説明図である。通常のプロジェクタでは、レンズ全体を光軸にそって回転させながら前後に繰り出す全群繰出し機構が一般的である。しかしながら、本実施形態においては、積層スクリーン３の対応する個々のスクリーン３ａに映像が結像するよう、奥行き映像の奥行き情報に応じてプロジェクタ２の投射レンズ２５が高速でフォーカス移動する必要がある。そこで、プロジェクタ２本体の筐体２２と投射レンズ２５のフランジ２４と間にアクチュエータ２３が設けられる。
【００１６】
アクチュエータ２３は、奥行き映像の奥行き情報に応じて、奥行き情報に対応する予め設定された厚みに変化する。アクチュエータ２３が所定の厚みに変化すると、投射レンズ２５のフォーカスは移動し、映像は図１に示す積層スクリーン３の対応する個々のスクリーン３ａ上に結像する。図４（ａ）は、アクチュエータ２３の厚みが最大の場合、図４（ｂ）は、アクチュエータ２３の厚みが最小の場合を示す。
【００１７】
最も近くに位置する映像（前景）が積層スクリーン３の観察者に一番近いスクリーン３ａに結像するように投射レン２５のフォーカス調整条件を設定（メモリ１）する。最も遠くに位置する映像（背景）が積層スクリーン３の観察者に一番遠いスクリーンに結像するように投射レンズ２５のフォーカス調整条件を設定（メモリ２）する。その他の中間の映像の場合の結像は、メモリ１からメモリ２の間で積層スクリーン数に対応して段階的に行う。
【００１８】
図５は、図１に示すプロジェクタ２の表示デバイス２１として用いるアクティブマトリクス型液晶デバイスの動作を説明するための回路図である。液晶７９は反射電極７７と対向電極７８に挟まれている。反射電極７７には画素選択のための画素トランジスタ７５が接続されている。保持容量７６は液晶７９に印加される電荷を保持するための容量であり、液晶７９と並列に配置されている。Ｖ（垂直）シフトレジスタ７１からゲート線７３にて各画素をアドレスするとともにＨ（水平）シフトレジスタ７２から信号線７４を経て各画素トランジスタ７５に映像に応じた電荷が印加される。
【００１９】
図６はアクティブマトリクス型液晶デバイスの画素配置の１例を示す説明図である。アクティブマトリクス型液晶デバイスの中央部には、有効画素領域７０２が形成されている。有効画素領域７０２の周りには調製画素領域７０１が設けられる。Ｈシフトレジスタ７２、Ｖシフトレジスタ７１は調製画素領域７０１の外側に配置される。有効画素1920×1080と表現される表示デバイス（フルハイビジョンまたはＦＨＤと称される）では例えば水平・垂直共に8画素が調整画素として付加されるため、総画素数は1928×1088画素となる。
【００２０】
調整画素を付加する目的は、第一に、有効画素領域７０２の平坦性を確保するため、第二に、画素レベルで映像をシフトするためであるが、実際に使用されることは少ない。この調製画素領域７０２を用いて奥行き情報を、信号光として投射する。第１の実施形態では、奥行き数に応じた数の複数の信号光表示領域７０３が調製画素領域７０２内に設けられる。プロジェクタ２は奥行き情報を基に奥行き位置に対応する信号光表示領域７０２を表示させ積層スクリーン３の近くの対応する複数の場所に向けて信号光を射出する。
【００２１】
図７は図１に示す積層スクリーン３の配置を示す斜視図である。図８は積層スクリーンを構成する個々のスクリーン３ａと対応する受光部５の接続関係を示す回路図である。積層スクリーン３は、互いに平行に配置される個々のスクリーン３ａで構成されている。個々のスクリーン３ａには対応する受光部５が接続されている。個々のスクリーン３ａは高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）３３をガラス３１、３２でサンドイッチした構造のスクリーンである。図示されていないが、それぞれのガラス３１、３２の片側には透明電極が製膜されている。高分子分散型液晶は、液晶に電圧が印加されていない状態では光を散乱する散乱状態を呈し、液晶に所定の電圧が印加されているときには光を透過する透過状態を呈する。以後の説明では、液晶に電圧が印加されていない状態を電圧ロー状態、液晶に所定の電圧が印加されている状態を電圧ハイ状態と称する。
【００２２】
個々のスクリーン３ａの片側の透明電極には受光部５が接続されている。他の透明電極はグランド電位にされている。受光部５はフォトダイオード５１と駆動回路からなる。プロジェクタ２からの信号光がフォトダイオード５１に照射されない状態ではフォトダイオード５１はオフ（高抵抗）である。トランジスタ５２のベース電位は、抵抗５３とフォトダイオードの抵抗との関係でローとなりエミッタ電流は流れない。したがって、抵抗５４による電圧降下がなく、スクリーン３ａに＋Ｖ［ｖ］の電圧がかかる（電圧ハイ状態）。一方、フォトダイオード５１に信号光が照射されるとフォトダイオード５１はオン（低抵抗）となる。この時、トランジスタ５２のベース電位はハイとなりエミッタ電流が流れる。そして、抵抗５４による電圧降下によりスクリーン３ａの印加電圧はほぼ零となる（電圧ロー状態）。
【００２３】
プロジェクタ２からの信号光が照射されると、信号光を受光した受光部５に対応するスクリーン３ａの液晶のみが電圧ロー状態となる。スクリーン３ａの高分子分散液晶が散乱状態を呈する結果、映像光が結像できる状態となる。
【００２４】
図９は積層スクリーン３と受光部５の相対配置の１例を示す配置図である。図６における信号光表示領域７０３から射出する複数の信号光に対応して受光部５は複数の場所に配置される。図９では、受光部５は積層スクリーン３の投射領域の外周左側に１個ずつ、上下方向に設けられる。一番手前のスクリーン３ａに対応する受光部５はスクリーンの一番左上に設置される。以下、手前からＮ番目のスクリーンに対応する受光部５は左上からＮ番目の位置に設けられる。
【００２５】
図１０は図２の奥行き映像が投射された場合の、動作する受光部５と個々の奥行き映像との関係を示す説明図である。図１０ではＮ＝３として説明する。左の図は前景４１であり、一番上の受光部５が動作する。真中の図は中間４２にある物体であり、２番目の受光部５が動作する。右の図は背景４３であり、３番目の受光部５が動作する。このように、プロジェクタ２から投射される信号光の照射位置と各スクリーンの受光部５の位置を取り決めておくことで、積層スクリーン３の中から対応する所定のスクリーン３ａを瞬時に選択することが可能となる。
【００２６】
図１１は、第１の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連の動作を示すフローチャートである。各フィールドの初めにスタートパルスが発せられる（ステップＳ８０１）。スタートパルスに続いて信号光が出力される（ステップＳ８０４）。信号光出力にわずかに遅れてスクリーン選択（ステップＳ８０５）とフォーカス調整（ステップＳ８０６）が実行される。スクリーン選択（ステップＳ８０５）は、対応する受光部５のフォトダイオード５１が信号光を受光し、対応するスクリーン３ａの液晶層を電圧ロー状態とさせる過程である。スクリーン選択と同時に投射レンズ２５のフォーカス調整が行われる（ステップＳ８０６）。具体的には駆動信号により投射レンズ２５のアクチュエータ２３が変位することでフォーカスが移動し選択されたスクリーン３ａ面上に、焦点が合う。スクリーン選択及びフォーカス調整の後、映像光が投射され、選択されたスクリーン３ａ上に映像が表示される（ステップＳ８０７）。
【００２７】
図１２は、図１１のフローチャートに対応するタイミングチャートを示す。図１１のＳ８０１からＳ８０７までの１つのシーケンスが図１２の１フィールドに対応する。個々のステップは図１１で説明した通りである。前述のフリッカの観点から、１フレームは６０Hzに設定される。個々の奥行き映像は１フレーム内で時分割表示される。図３、図８の例示では奥行き数は３となり、１フィールドは１８０Ｈｚとなる。また、スタートパルス、信号光出力、スクリーン選択及びフォーカス調整の期間を、映像光を送出しないブランキング期間（黒挿入される期間）とすることで、奥行き映像の奥行き方向のクロストークを防ぐ。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
図１３は、は本発明の第２の実施形態の立体映像表示装置の概略を示す概略構成図である。図１３において、表示デバイス２１、積層スクリーン３、映像発生装置１、投射レンズ２５は図１と同様である。図１との相違点は、受光部５が最もプロジェクタ側のスクリーン３１近傍に一個配置される点である。プロジェクタ２の表示デバイス２１については、信号光表示領域７０３を複数有し、その中の１つを用いてもよいし、信号光表示領域７０３を１つのみ有してもよい。
【００２９】
図１４は図１３に示す積層スクリーン３の配置を示す斜視図である。積層スクリーン３は、図７の場合と同様に、互いに平行に配置される個々のスクリーン３ａで構成されている。図７では、個々のスクリーン３ａには対応する受光部５が接続されているが、図１４では、受光部５が最もプロジェクタ側のスクリーン３１近傍に一個配置され、受光部５には制御部６が接続されている。
【００３０】
制御部６は受光部５で受光した信号光を復調して対応するスクリーン３ａを選択する。具体的には、第１の実施形態の場合の信号光は無変調であるのに対し、本実施形態においては、信号光は所定の変調を施される。変調された信号光は受光部５で受光されて制御部６で復調される。対応するスクリーン３ａのみ電圧ロー状態（散乱状態）、他のスクリーンは電圧ハイ状態(透過状態)に制御される。信号光が例えば８ビット信号であれば、理論的には最大２５６層のスクリーンを切り替えることができる。
【００３１】
図１５は、第２の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連のシステムの動作を示すフローチャートである。第１の実施形態との相違点は、フォトダイオード５１がスタートパルスを受けた時点で、投射レンズ２５のフォーカスが受光部５の配置されたスクリーン３ａに移動する点である（ステップＳ８０２）。受光部５のフォトダイオード５１上で信号光がデフォーカスするのを防ぎ、受光動作を確実にするためである。以下、受光部５の配置されたスクリーンを原点スクリーンと称する。
【００３２】
図１６は、図１５のフローチャートに対応するタイミングチャートを示す。スタートパルスが発せられると、投射レンズのフォーカスは原点スクリーンに復帰する（ステップＳ８０２）、その後信号光が投射される（ステップＳ８０４）。受光部５は信号光を受光して、最適なスクリーンが選択され、映像光が投射される（ステップＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０７）。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
図１７は、第３の実施形態において、信号光が発せられてから映像が表示されるまでの一連の動作を示すフローチャートである。図１８は、図１８のフローチャートに対応するタイミングチャートを示す。
まず、各フィールドの初めにスタートパルスが発せられる（ステップＳ８０１）。次に、スタートパルスに遅延して１００％階調信号が出力される（ステップＳ８０３）。１００％階調信号が出力される点が、第１、第２の実施形態との相違点である。その後信号光が出力される（ステップＳ８０４）。
【００３４】
１００％階調信号を出力してから信号光を出力するのは、光源や表示デバイスの経時変化、周囲環境（温度条件、迷光など）等の原因によるフォトダイオード５１の信号光の誤検知を排除するためである。本実施形態では、１００％の階調信号と変調された信号光の輝度の差分を検出する事で信号光の誤検出を防止する。また、投射レンズ２５のフォーカスを原点スクリーンに復帰させる必要なくなるという効果が得られる。
【００３５】
すなわち、第２の実施形態において、受光部５のフォトダイオード５１がスタートパルスを受ける際、いったん投射レンズのフォーカスを原点スクリーンに復帰するのは、フォトダイオード５１上で信号光がデフォーカスするのを防ぎ、受光動作を確実にするためである。しかし、第３の実施形態においては１００％の階調信号と変調された信号光の輝度の差分を検出する事で信号光の誤検出を防止するため、投射レンズ２５のフォーカスを原点スクリーンに復帰させる必要はない。
【００３６】
信号光出力（ステップＳ８０４）の後スクリーン選択（ステップＳ８０５）及びフォーカス調整（ステップＳ８０６）がされ、その後、映像光が投射される（ステップＳ８０７）。
【００３７】
第１の実施形態から第３の実施形態において、表示デバイスとしては液晶デバイスを例として説明してきたが、透過型液晶デバイス、反射型液晶デバイスの他に、ＤＬＰ（Digital Light Processing）素子や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を表示素子として用いることもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１映像発生装置、
２プロジェクタ、２１表示デバイス、２２プロジェクタ筐体、
２３アクチュエータ、２４投射レンズのフランジ、２５投射レンズ
３積層スクリーン、３ａ個々のスクリーン、
３１、３２ガラス、３３高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）、
４例示される映像、４１前景、４２中間の景色、４３背景
５受光部、５１フォトダイオード、５２トランジスタ、
５３抵抗、５４抵抗、
６制御部、
７１Ｖシフトレジスタ、７２Ｈシフトレジスタ、７３ゲート線、
７４信号線、７５画素トランジスタ、７６保持容量、７７反射電極、
７８対向電極、７９液晶、７０１調整画素領域、７０２有効画素領域、
７０３信号光表示領域、
８観察者

【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像発生装置から送出される奥行き映像に対応する映像光を射出するとともに、奥行き情報のそれぞれの奥行き位置に対応する複数の場所に信号光を射出するプロジェクタと、
前記奥行き位置に対応する信号光のみを受光する複数の受光部と、
入射する光に対する透過状態と散乱状態とが選択的に切り替えられる複数のスクリーンで構成され、前記奥行き位置に対応する信号光を受光した受光部に対応した前記個々のスクリーンのみが散乱状態となり、他の個々のスクリーンは透過状態となる積層スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
映像発生装置から送出される奥行き映像に対応する映像光を射出するとともに、奥行き情報に応じた信号光を射出するプロジェクタと、
前記信号光を受光する受光部と、
前記受光部が受けた前記信号光から対応するスクリーンを散乱状態に、前記対応するスクリーン以外の他のスクリーンを透過状態に制御する制御部と、
入射する光に対する透過状態または散乱状態を選択的に切り替えられる複数の前記スクリーンで構成され、前記制御部の制御する前記スクリーンのみが散乱状態となり、前記スクリーンの他のスクリーンは透過状態となる積層スクリーンと、
を備えることを特徴とする立体映像表示装置。

【図１】