立体画像表示装置およびその方法
【課題】複数の立体再生像を表示する場合であっても、それぞれの再生像の解像度の劣化を抑えることが可能な立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像表示装置１は、予め設定された光の強度に対応する光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段１０と、この平行光を、光線ごとに反射する複数の２軸可動反射型表示素子２１０を、２次元状に配置した画像反射手段２０と、２軸可動反射型表示素子２１０の向きを個別に切り換える制御手段３０と、を備え、立体再生像を構成する個々の位置に、それぞれ複数の反射光を集光させることを特徴とする。
【解決手段】立体画像表示装置１は、予め設定された光の強度に対応する光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段１０と、この平行光を、光線ごとに反射する複数の２軸可動反射型表示素子２１０を、２次元状に配置した画像反射手段２０と、２軸可動反射型表示素子２１０の向きを個別に切り換える制御手段３０と、を備え、立体再生像を構成する個々の位置に、それぞれ複数の反射光を集光させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像を表示する立体画像表示装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、任意の視点から自由に立体画像を視聴することが可能な立体画像表示方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群あるいはピンホール群を利用したインテグラルフォトグラフィ（Integral Photography：以下ＩＰ）方式が知られている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
ここで、図９を参照して、ＩＰ方式の概念について説明する。図９は、従来のＩＰ方式の概念を説明するための説明図であって、（ａ）は撮像時、（ｂ）は表示時の状態を示している。
図９（ａ）に示すように、従来のＩＰ方式による立体画像撮像装置１００は、同一平面状に配列された複数の微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎからなるレンズ群１０１と、フィルム等の撮像板１０２とを平行に配置している。ここで、観察者Ｏ側から、立体画像撮像装置１００により、被写体Ｈを撮像すると、被写体Ｈは、レンズ群１０１を通して、レンズ群１０１を構成する微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎの数だけ、撮像板１０２に像（以下、「要素画像」という）１０３１，１０３２，…，１０３ｎが撮像される。
【０００４】
また、図９（ｂ）に示すように、従来のＩＰ方式による立体画像表示装置２００は、同一平面状に配列された複数の微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎからなるレンズ群１０１と、図９（ａ）の撮像板１０２で撮像された要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎを点対称に変換した要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを表示する表示板（表示素子）１０５とを平行に配置している。この表示板１０５には、通常、高精細画像が表示可能なＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Liquid Crystal Display）等が用いられる。また、この表示板１０５は、撮像板１０２により撮像された要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎをそのまま表示すると、奥行きが逆転した像が表示されてしまう。そこで、この逆視像を回避するため、撮像された要素画像を点対称に変換し、表示用の要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎとしている。ここで、観察者Ｏが、レンズ群１０１を通して、表示板１０５を観察すると、被写体Ｈの立体再生像Ｍが視認されることになる。
【０００５】
このように、ＩＰ方式により立体再生像Ｍを表示する場合、要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを表示する表示板１０５の前面にレンズ群１０１を配置する必要がある。このため、立体画像表示装置２００は、要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを背面から投射する背面投射型の表示装置として実現されることになる。
【特許文献１】特開２００２−２２８９７４号公報（段落００２３〜００２８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したＩＰ方式による立体再生像の表示方法によれば、レンズの焦点位置に最適な立体再生像を表示することができる。しかし、レンズの焦点位置に合焦しない画像の解像度は劣化するため、さらに解像度を高めた立体再生像を求める要望があった。
この解像度の劣化について、図１０を参照して説明を行う。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、ＩＰ方式による立体画像撮像装置１００において、複数の被写体Ｈ１，Ｈ２を撮像する場合（Ｈ１，Ｈ２が同一被写体の異なる場所である場合でも同様である）、被写体Ｈ１に合焦するようにレンズ群１０１と撮像板１０２とが設定されているとすると、撮像板１０２で撮像された被写体Ｈ２の要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎは、撮像板１０２上に焦点が合っていないため、解像度の劣化した画像となる。そして、図１０（ｂ）に示すように、立体画像表示装置２００において、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２に合焦するようにレンズ群１０１と表示板１０５とが設定されているとすると、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２は、さらに、解像度が劣化することになる。
【０００８】
なお、立体画像表示装置２００において表示する要素画像１０４は、被写体の３次元構造が既知の場合、立体画像撮像装置１００を用いずに、解像度が劣化していない画像をコンピュータ等によって生成することは可能である。しかし、立体画像表示装置２００において、立体再生像Ｍ１に合焦するようにレンズ群１０１と表示板１０５とが設定されているとすると、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２は、観察者からは、焦点の合わない像となるため、解像度が劣化した立体再生像として視認されることに変わりはない。
【０００９】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、解像度の高い立体再生像を表示することが可能であり、さらに、複数の立体再生像を表示する場合であっても、それぞれの再生像の解像度の劣化を抑えることが可能な立体画像表示装置およびその方法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】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の立体画像表示装置は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示装置であって、前記光線ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段と、この画像投射手段で投射された平行光を前記光線ごとに反射する２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子を、２次元状に配置した画像反射手段と、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更する制御手段と、を備える構成とした。
【００１１】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、画像投射手段によって、画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、再生像の画素ごとの光の強度に対応する光線を平行光とすることで、画像反射手段における２次元状に配置した２軸可動反射型表示素子のそれぞれに、光の強度の異なる光線を投射することができる。
そして、立体画像表示装置は、制御手段によって、表示位置情報で示される再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を変更することで、平行光の光線を、立体再生像を表示させたい方向に反射させることができる。
【００１２】
なお、立体再生像を構成する画素位置には、複数の２軸可動反射型表示素子からの反射光を集光させることで、複数の位置から反射光を認識することができ、３次元空間上の画素位置に表示点が存在しているものと認識することができる。そして、この光の集光位置（画素位置）を、立体再生像の３次元形状に合わせて複数設けることで、立体再生像として表示されることになる。
【００１３】
また、請求項２に記載の立体画像表示装置は、請求項１に記載の立体画像表示装置において、前記画像投射手段が、点光源として光を照射する照射手段と、この照射手段の照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する投射レンズ系と、この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する背面投射型の表示手段と、を備える構成とした。
【００１４】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、凸レンズ等の投射レンズ系の焦点位置に照射手段を配置することで、点光源である照射手段が照射した光は、投射レンズ系によって平行光となる。
そして、立体画像表示装置は、表示手段において、光強度情報に基づいて、背面から投射される光の透過率を変化させることで、表示手段から出力される平行光は、画素ごとに異なる光の強度の光線からなる光線群となる。そして、この個々の光線が、それぞれ２軸可動反射型表示素子によって反射されることで、複数の位置から視認することが可能になり、立体再生像として視認されることになる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の立体画像表示装置は、請求項１に記載の立体画像表示装置において、前記光強度情報は、光の３原色のそれぞれの強度を示す情報であって、前記画像投射手段が、前記光の３原色をそれぞれ点光源として照射する複数の照射手段と、この複数の照射手段のそれぞれの照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する複数の投射レンズ系と、この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する前記投射レンズ系ごとに設けた複数の表示手段と、この複数の表示手段から出力される光線群の光路を同一方向に変更する光路変更手段と、を備える構成とした。
【００１６】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、複数の表示手段から出力される平行光が、それぞれ光の３原色の光線群となる。そして、立体画像表示装置は、光路変更手段によって、各色の光線群の投射方向を同一にして、画像反射手段に投射することができる。これによって、光の集光位置（画素位置）に各色の光を集光させることで、立体再生像が多色化されて視認されることになる。
【００１７】
また、請求項４に記載の立体画像表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置において、前記画像投射手段が、時系列に変化する前記光強度情報に基づいて、前記光線群の光の強度を切り換えて投射し、前記制御手段が、時系列に変化する前記表示位置情報に基づいて、前記２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御する構成とした。
【００１８】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、画像投射手段によって、時系列に変化する光強度情報に基づいて光線群の個々の光線の光の強度を切り換えて、２軸可動反射型表示素子に投射する。そして、立体画像表示装置は、制御手段によって、時系列に変化する表示位置情報に基づいて２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御することで、時系列に変化する立体再生像を表示することができる。
【００１９】
さらに、請求項５に記載の立体画像表示方法は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示方法であって、画像投射手段により、前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として、２次元状に複数配置した２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子に投射するとともに、制御手段により、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更することを特徴とする。
【００２０】
かかる方法によれば、立体画像表示方法は、画像投射手段によって、画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、再生像の画素ごとの光の強度に対応する光線を平行光とすることで、画像反射手段における２次元状に配置した２軸可動反射型表示素子のそれぞれに、光の強度の異なる光線を投射することができる。
そして、立体画像表示方法は、制御手段によって、表示位置情報で示される再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を変更することで、平行光の光線を、立体再生像を表示させたい方向に反射させることができる。
【００２１】
なお、立体再生像を構成する画素位置には、複数の２軸可動反射型表示素子からの反射光を集光させることで、複数の位置から反射光を認識することができ、３次元空間上の画素位置に表示点が存在しているものと認識することができる。そして、この光の集光位置（画素位置）を、立体再生像の３次元形状に合わせて複数設けることで、立体再生像として表示されることになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項１、２、５の発明によれば、反射光を、立体再生像を構成する個々の画素位置に集光させることで、光が反射されてくる方向から立体再生像を視認することができる。また、このとき、反射光のみによって、立体再生像を視認するため、ＩＰ方式のように表示時の焦点位置による解像度の劣化がなく、立体再生像が複数存在する場合であっても、それぞれの立体再生像の解像度の劣化を抑えることができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、立体再生像をカラーの再生像として視認させることができる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、静止した立体再生像を表示するだけでなく、時系列に立体再生像を変化させることができるため、立体動画像として視認させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［立体画像表示装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明に係る立体画像表示装置の構成について説明する。図１は、立体画像表示装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、立体画像表示装置１は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、複数の異なる投射位置から投射することで、再生像を立体再生像として表示するものである。ここでは、立体画像表示装置１は、画像投射手段１０と、画像反射手段２０と、制御手段３０とを備えている。
【００２５】
画像投射手段１０は、画像情報に含まれる光強度情報に基づいて、画素ごとの光の強度に対応する光線からなる光線群を平行光として投射するものである。ここでは、画像投射手段１０は、照射光源１１と、投射レンズ１２と、表示素子１３と、光路変更手段１４とを備えている。なお、光強度情報は後記する制御手段３０から入力される輝度情報である。
【００２６】
照射光源１１は、点光源として光を照射するものであって、表示素子１３を背面から照射するバックライトである。この照射光源１１から照射された光は、投射レンズ１２を介して、表示素子１３を背面から照射することになる。
【００２７】
投射レンズ（投射レンズ系）１２は、照射光源１１から照射された光を平行光に変換するものであって、凸レンズ等である。このように照射光源１１からの光を平行光とするため、照射光源１１は、投射レンズ１２の焦点位置に設置される。また、投射レンズ１２は、表示素子１３の表示領域を覆う大きさのレンズである。なお、この投射レンズ１２は、１枚の凸レンズで構成してもよいし、複数のレンズによって、点光源の光を平行光に変換するレンズ系として構成してもよい。
【００２８】
表示素子（表示手段）１３は、投射レンズ１２で変換された平行光を、画素ごとに、光強度情報に基づいた光の強度の異なる光線群として出力するものである。この表示素子１３は、光強度情報に基づいて、光の透過率を増減させる液晶ディスプレイ等の背面投射型のディスプレイにより構成することができる。なお、この表示素子１３は、投射レンズ１２から投射される平行光に垂直となるように配置される。このように、表示素子１３は、投射レンズ１２から投射される平行光により、画素に対応する光の強度の異なる光線群を、平行光として出力する。
【００２９】
光路変更手段１４は、入射してくる光の光路を変更するものである。ここでは、光路変更手段１４を、ハーフミラーで構成し、表示素子１３から平行光として入射されてくる光の一部を、画像反射手段２０の方向に反射させ、画像反射手段２０から入射されてくる光の一部を透過させる。これによって、観察者Ｏは、画像反射手段２０からの反射光を視認することができる。
【００３０】
画像反射手段２０は、画像投射手段１０から入射されてくる平行光（光線群）を光線ごとに反射するものである。ここでは、画像反射手段２０は、光反射手段２１と、駆動手段２２とを備えている。
【００３１】
光反射手段２１は、画素ごとに対応して設けられた２軸方向に反射方向を回転駆動可能なミラー（２軸可動反射型表示素子：以下、微小ミラーという）２１０を２次元状に配置したものである。この微小ミラー２１０は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等のマイクロミラーデバイスである。この個々の微小ミラー２１０は、駆動手段２２によって駆動されることで、光の反射方向を変える。
なお、ここでは、光反射手段２１を、個別にミラー面が分離した微小ミラー２１０によって構成しているが、ミラー面が連続した曲面ミラーを用いることとしてもよい。
【００３２】
駆動手段２２は、光反射手段２１の個々の微小ミラー２１０に対して、２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）の駆動量を駆動信号として出力することで、個々の微小ミラー２１０の反射角を変更するものである。なお、駆動手段２２は、後記する制御手段３０の駆動量出力手段３４から、微小ミラー２１０に対する駆動量を入力する。
このように、複数の微小ミラー２１０の反射光の方向（光線ベクトル）を変更することで、立体画像表示装置１は、観察者Ｏに対して、立体再生像を視認させることができる。
【００３３】
ここで、図２を参照（適宜図１参照）して、立体画像表示装置１が立体再生像を表示する仕組みについて説明する。図２は、立体画像表示装置の表示の仕組みを示す模式図である。図２（ａ）は、立体再生像を光反射手段２１に対して、観察者Ｏに近い位置に表示する様子を示し、図２（ｂ）は、立体再生像を光反射手段２１に対して、観察者Ｏから遠い位置に表示する様子を示している。なお、図中の表示位置ＦＦ、ＦＢは、立体再生像の表示点のうち、ある１点を示しているものとする。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、複数の微小ミラー２１０の反射光の方向（光線ベクトル）を３次元空間の立体再生像の表示位置ＦＦに向かせることで、観察者Ｏは、反射方向の範囲で反射光を視認することができる。これによって、光反射手段２１より観察者Ｏ側に近い位置に立体再生像が表示されることになる。また、図２（ｂ）に示すように、複数の微小ミラー２１０の反射光の逆方向（光線ベクトルの逆向きベクトル）を立体再生像の表示位置ＦＢに向かせることで、観察者Ｏは、反射方向の範囲で反射光を視認することができる。これによって、立体画像表示装置１は、光反射手段２１よりも奥側に立体再生像を表示することができる。
【００３５】
さらに、図３を参照（適宜図１参照）して、立体画像表示装置１が、立体再生像の表示面の異なる位置（表示点）を表示する手法について説明する。図３は、立体再生像を表示する場合の微小ミラーの状態を示す模式図であって、表示位置ＦＦ１と、表示位置ＦＦ２とに立体再生像の異なる表示点を再生した状態を示している。
【００３６】
ここでは、表示点Ｍ１を再生するための平行光Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４が、それぞれ微小ミラー２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３，２１０ａ４に入射されている。また、表示点Ｍ２を再生するための平行光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３が、それぞれ微小ミラー２１０ｂ１，２１０ｂ２，２１０ｂ３に入射されている。
このとき、微小ミラー２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３，２１０ａ４によって、それぞれの平行光Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４を表示位置ＦＦ１の方向に反射させることで、表示位置ＦＦ１に表示点Ｍ１を表示させることができる。
【００３７】
同様に、微小ミラー２１０ｂ１，２１０ｂ２，２１０ｂ３によって、それぞれの平行光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３を表示位置ＦＦ２の方向に反射させることで、表示位置ＦＦ２に表示点Ｍ２を表示させることができる。
【００３８】
このように、立体再生像を表示する場合、どの微小ミラー２１０をどの表示点用に使用するかは特に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、光反射手段２１における微小ミラー２１０を、表示点ごとに重なりがないように区分（ここでは、区分Ａ１，Ａ２）することとしてもよいし、図４（ｂ）に示すように、重なりを持たせて区分することとしてもよい。なお、ここでは、表示点を２つとして例示したが、実際は、複数の表示点によって立体再生像が構成されることになる。
図１に戻って、立体画像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００３９】
制御手段３０は、立体画像表示装置１を制御するものであって、画像投射手段１０に対して光強度情報を出力することで画像を表示させたり、画像反射手段２０に対して微小ミラー２１０の駆動量を出力することで光の反射方向を制御したりするものである。ここでは、制御手段３０は、画像情報記憶手段３１と、光強度出力手段３２と、反射角演算手段３３と、駆動量出力手段３４とを備えている。なお、制御手段３０は、一般的なコンピュータを用いて実現することができる。
【００４０】
画像情報記憶手段３１は、立体再生像を表示するための３次元空間の位置（画素位置）を示す表示位置情報と、当該位置における画素ごとの光の強度を示す光強度情報とからなる画像情報を記憶するものである。なお、表示位置情報と光強度情報とは対応付けて記憶されているものとする。また、表示位置情報には、光反射手段２１のどの微小ミラー２１０によって、光を反射させるかを示す反射位置情報も含まれているものとする。
また、画像情報は、立体再生像を表示するための３次元空間の１つの位置（画素位置）に対して、複数の反射位置情報（微小ミラー２１０）を対応付けておく。これによって、１つの画素は、複数の微小ミラー２１０からの反射光として、観察者Ｏに視認されることになる。
【００４１】
光強度出力手段３２は、微小ミラー２１０に対応する位置に投射する光の強度を画像投射手段１０に出力するものである。ここでは、光強度出力手段３２は、画像情報記憶手段３１から光強度情報を読み出し、当該光強度情報を強度信号として画像投射手段１０に出力する。
【００４２】
反射角演算手段３３は、個々の微小ミラー２１０の光の反射角を演算するものである。ここでは、反射角演算手段３３は、画像情報記憶手段３１から、微小ミラー２１０の位置に対応する立体再生像の表示位置情報を読み出し、微小ミラー２１０における表示位置方向への光の反射角を演算する。なお、演算された反射角は、駆動量出力手段３４に出力される。
【００４３】
ここで、図５を参照（適宜図１参照）して、反射角演算手段３３が、３次元座標である表示位置情報から、微小ミラー２１０の反射角を演算する方法について説明する。図５は、微小ミラーの反射角を演算する方法を説明するための説明図である。なお、図５は、光反射手段２１をＹ軸方向上部から見た状態を示している。
【００４４】
ここでは、立体再生像を表示させる表示位置情報である３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、（ＸＦ，ＹＦ，ＺＦ）とし、求める微小ミラー（ここでは２１０ｎ）のＸ軸方向の反射角をθＸとする。また、微小ミラー２０１ｎは、３次元座標で（ＸＭ，ＹＭ，０）に配置されているものとする。この場合、反射角演算手段３３は、微小ミラー２１０ｎのＸ軸方向の反射角θＸを以下の（１）式により演算する。
【００４５】
θＸ＝ａｒｃｔａｎ（（ＸＦ−ＸＭ）／ＺＦ） …（１）
同様に、反射角演算手段３３は、微小ミラー２１０ｎのＹ軸方向の反射角θＹを以下の（２）式により演算する。
θＹ＝ａｒｃｔａｎ（（ＹＦ−ＹＭ）／ＺＦ） …（２）
図１に戻って、立体画像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００４６】
駆動量出力手段３４は、反射角演算手段３３で演算された反射角を駆動量として、駆動手段２２に出力するものである。
以上、立体画像表示装置１の構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、ここでは、画像投射手段１０を、表示素子１３に対して背面から平行光を投射することで、立体再生像を表示するための画像を平行光として投射する構成としたが、予め当該画像が映像信号として生成してある場合は、当該映像信号をある画角で投射した後に、投射レンズ１２によって、平行光とする構成としてもよい。
【００４８】
また、ここでは、画像投射手段１０を、単一の表示素子１３により構成したが、複数の表示素子を用いることも可能である。例えば、図６に示すように、画像投射手段１０の他の構成（１０Ｂ）として、赤、緑、青の光を照射する照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、それぞれの照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに対応する投射レンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇとを備え、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇから出射される平行光を、ダイクロイックプリズム１５によって、同一方向の平行光とし、画像反射手段２０に投射する構成としてもよい。この場合、光路変更手段１４とダイクロイックプリズム１５とが光路変更手段として機能することになる。そして、制御手段３０（図１）は、各々の色に対応する輝度情報を光強度情報として、それぞれの表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇに出力する。これによって、立体再生像をカラーで表示することができる。
【００４９】
また、ここでは、画像投射手段１０に、光路変更手段１４を備える構成としたが、図７に示すように、画像投射手段１０の他の構成（１０Ｃ）として、光路変更手段１４を省略し、直接、画像反射手段２０に投射する構成としてもよい。あるいは、画像投射手段１０Ｃを、図６で説明した照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、投射レンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇとで構成してもよい。
【００５０】
また、ここでは、制御手段３０が、立体再生像を表示する表示位置情報から、微小ミラー２１０の反射角を演算することとしたが、予め微小ミラー２１０の反射角を求めておき、画像情報記憶手段３１に記憶しておくこととしてもよい。この場合、制御手段３０から、反射角演算手段３３を省略することができる。
以上説明したように、立体画像表示装置１は、微小ミラー２１０によって、平行光を構成する光線群を個別に反射させるだけの構成であるため、ＩＰ方式のように、奥行き方向で解像度が劣化することがなく、解像度の高い立体再生像を表示することが可能になる。
【００５１】
［立体画像表示装置の動作］
次に、図１を参照して、本発明に係る立体画像表示装置の動作について説明する。
（初期動作）
まず、立体画像表示装置１は、立体再生像を表示するための３次元空間の位置を示す表示位置情報と当該位置における光の強度を示す光強度情報とからなる画像情報を、予め画像情報記憶手段３１に記憶しておく。
【００５２】
（画像投射動作）
そして、立体画像表示装置１は、画像投射手段１０において、投射レンズ１２によって、照射光源１１が照射する光を平行光に変換する。そして、立体画像表示装置１は、表示素子１３によって、制御手段３０の光強度出力手段３２から出力される光強度情報に基づいて、平行光を、画素ごとに光の強度の異なる光線群とする。この光線群は、光路変更手段１４によって、光路が変更されて、画像反射手段２０に投射される。
【００５３】
（画像反射動作）
そして、立体画像表示装置１は、画像反射手段２０において、駆動手段２２によって、制御手段３０から出力される微小ミラー２１０に対する駆動量により、微小ミラー２１０の反射角を変更する。その後、立体画像表示装置１は、個々の微小ミラー２１０によって、画像投射手段１０から投射された平行光である光線群を反射させる。
【００５４】
以上の動作によって、立体画像表示装置１は、画像情報記憶手段３１に記憶されている画像情報に基づいて、立体再生像を表示することができる。
なお、画像投射手段１０における画像投射動作と、画像反射手段２０における画像反射動作は、制御手段３０によって、ほぼ並行に動作することが可能である。
【００５５】
また、立体画像表示装置１は、制御手段３０の光強度出力手段３２によって、画像情報記憶手段３１に記憶されている光強度情報を時系列に画像投射手段１０に出力し、制御手段３０の駆動量出力手段３４によって、微小ミラー２１０の駆動量を時系列に画像反射手段２０に出力することで、立体再生像を動画として再生することができる。
【００５６】
［補足説明：複数立体再生像の表示について］
前記までの説明では、説明を簡略化するため、立体再生像を１つ表示する場合について説明を行ったが、立体画像表示装置１は、同時に複数の立体再生像を表示することもできる。以下、図８を参照して、立体画像表示装置１が、複数の表示再生像を表示する手法について説明を行う。図８は、立体画像表示装置において、複数の立体再生像を表示した状態を示す模式図である。なお、ここでは、説明を簡略化するため、立体画像表示装置１の光反射手段２１のみを図示し、装置を上側から見た状態を示している。
【００５７】
図８（ａ）は、光反射手段２１からの反射光によって、立体再生像Ｍ１，Ｍ２が表示されている例を示している。また、立体再生像Ｍ１の表示点のうちのある１点をＰ１、立体再生像Ｍ２の表示点のうちのある１点をＰ２としている。ここで、表示点Ｐ１は、光反射手段２１のＷ１の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲）によって生成されている。また、表示点Ｐ２は、光反射手段２１のＷ２の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲）によって生成されている。
このとき、反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲では表示点Ｐ１を視覚することができるが、それ以外の領域Ｂａでは、表示点Ｐ１を視覚することができない。しかし、観察者は、右方向（図中上方向）に視点をずらすことで表示点Ｐ１を視覚することができる。
【００５８】
図８（ｂ）は、光反射手段２１からの反射光によって、立体再生像Ｍ１，Ｍ２が表示されている例を示している。また、立体再生像Ｍ１の表示点のうちのある１点をＰ１、立体再生像Ｍ２の表示点のうちのある１点をＰ２としている。ここで、表示点Ｐ１は、光反射手段２１のＷ１の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲）と、光反射手段２１のＷ２の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲）とによって生成されている。また、表示点Ｐ２は、光反射手段２１のＷ３の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ３１，Ｌ３２の範囲）によって生成されている。
このとき、反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲および反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲では表示点Ｐ１を視覚することができるが、それ以外の領域Ｂａでは、表示点Ｐ１を視覚することができない。しかし、観察者は、左右方向（図中上下方向）に視点をずらすことでＰ１を視覚することができる。
【００５９】
このように、立体画像表示装置１は、複数の立体再生像を同時に表示した場合であっても、見る方向によって、立体再生像を認識することができないようにすることが可能である。これによって、例えば、観察者から見て、立体再生像Ｍ１を立体再生像Ｍ２によって遮蔽した状態を実現することができる。また、立体画像表示装置１は、奥行き方向の異なる位置に立体再生像を表示する場合であっても、観察者がそれぞれの立体再生像に割り当てられた反射光を視認する構成であるため、個々の立体再生像の解像度が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る立体画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る立体画像表示装置の表示の仕組みを示す模式図である。
【図３】立体再生像を表示する場合の微小ミラーの状態を示す模式図である。
【図４】立体再生像を表示する際の微小ミラーの区分の一例を示す図である。
【図５】微小ミラーの反射角を演算する方法を説明するための説明図である。
【図６】カラーの立体再生像を表示するための画像投射手段の構成示す概略図である。
【図７】光路変更手段を省略した画像投射手段の構成示す概略図である。
【図８】立体画像表示装置において複数の立体再生像を表示した状態を示す模式図である。
【図９】従来のＩＰ方式の概念を説明するための説明図である。
【図１０】従来のＩＰ方式における解像度を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 立体画像表示装置
１０ 画像投射手段
１１ 照射手段
１２ 投射レンズ（投射レンズ系）
１３ 表示素子（表示手段）
１４ 光路変更手段
２０ 画像反射手段
２１ 光反射手段
２１０ 微小ミラー（２軸可動反射型表示素子）
２２ 駆動手段
３０ 制御手段
３１ 画像情報記憶手段
３２ 光強度出力手段
３３ 反射角演算手段
３４ 駆動量出力手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像を表示する立体画像表示装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、任意の視点から自由に立体画像を視聴することが可能な立体画像表示方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群あるいはピンホール群を利用したインテグラルフォトグラフィ（Integral Photography：以下ＩＰ）方式が知られている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
ここで、図９を参照して、ＩＰ方式の概念について説明する。図９は、従来のＩＰ方式の概念を説明するための説明図であって、（ａ）は撮像時、（ｂ）は表示時の状態を示している。
図９（ａ）に示すように、従来のＩＰ方式による立体画像撮像装置１００は、同一平面状に配列された複数の微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎからなるレンズ群１０１と、フィルム等の撮像板１０２とを平行に配置している。ここで、観察者Ｏ側から、立体画像撮像装置１００により、被写体Ｈを撮像すると、被写体Ｈは、レンズ群１０１を通して、レンズ群１０１を構成する微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎの数だけ、撮像板１０２に像（以下、「要素画像」という）１０３１，１０３２，…，１０３ｎが撮像される。
【０００４】
また、図９（ｂ）に示すように、従来のＩＰ方式による立体画像表示装置２００は、同一平面状に配列された複数の微小凸レンズ１０１１，１０１２，…，１０１ｎからなるレンズ群１０１と、図９（ａ）の撮像板１０２で撮像された要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎを点対称に変換した要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを表示する表示板（表示素子）１０５とを平行に配置している。この表示板１０５には、通常、高精細画像が表示可能なＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Liquid Crystal Display）等が用いられる。また、この表示板１０５は、撮像板１０２により撮像された要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎをそのまま表示すると、奥行きが逆転した像が表示されてしまう。そこで、この逆視像を回避するため、撮像された要素画像を点対称に変換し、表示用の要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎとしている。ここで、観察者Ｏが、レンズ群１０１を通して、表示板１０５を観察すると、被写体Ｈの立体再生像Ｍが視認されることになる。
【０００５】
このように、ＩＰ方式により立体再生像Ｍを表示する場合、要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを表示する表示板１０５の前面にレンズ群１０１を配置する必要がある。このため、立体画像表示装置２００は、要素画像１０４１，１０４２，…，１０４ｎを背面から投射する背面投射型の表示装置として実現されることになる。
【特許文献１】特開２００２−２２８９７４号公報（段落００２３〜００２８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したＩＰ方式による立体再生像の表示方法によれば、レンズの焦点位置に最適な立体再生像を表示することができる。しかし、レンズの焦点位置に合焦しない画像の解像度は劣化するため、さらに解像度を高めた立体再生像を求める要望があった。
この解像度の劣化について、図１０を参照して説明を行う。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、ＩＰ方式による立体画像撮像装置１００において、複数の被写体Ｈ１，Ｈ２を撮像する場合（Ｈ１，Ｈ２が同一被写体の異なる場所である場合でも同様である）、被写体Ｈ１に合焦するようにレンズ群１０１と撮像板１０２とが設定されているとすると、撮像板１０２で撮像された被写体Ｈ２の要素画像１０３１，１０３２，…，１０３ｎは、撮像板１０２上に焦点が合っていないため、解像度の劣化した画像となる。そして、図１０（ｂ）に示すように、立体画像表示装置２００において、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２に合焦するようにレンズ群１０１と表示板１０５とが設定されているとすると、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２は、さらに、解像度が劣化することになる。
【０００８】
なお、立体画像表示装置２００において表示する要素画像１０４は、被写体の３次元構造が既知の場合、立体画像撮像装置１００を用いずに、解像度が劣化していない画像をコンピュータ等によって生成することは可能である。しかし、立体画像表示装置２００において、立体再生像Ｍ１に合焦するようにレンズ群１０１と表示板１０５とが設定されているとすると、被写体Ｈ２の立体再生像Ｍ２は、観察者からは、焦点の合わない像となるため、解像度が劣化した立体再生像として視認されることに変わりはない。
【０００９】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、解像度の高い立体再生像を表示することが可能であり、さらに、複数の立体再生像を表示する場合であっても、それぞれの再生像の解像度の劣化を抑えることが可能な立体画像表示装置およびその方法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】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の立体画像表示装置は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示装置であって、前記光線ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段と、この画像投射手段で投射された平行光を前記光線ごとに反射する２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子を、２次元状に配置した画像反射手段と、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更する制御手段と、を備える構成とした。
【００１１】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、画像投射手段によって、画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、再生像の画素ごとの光の強度に対応する光線を平行光とすることで、画像反射手段における２次元状に配置した２軸可動反射型表示素子のそれぞれに、光の強度の異なる光線を投射することができる。
そして、立体画像表示装置は、制御手段によって、表示位置情報で示される再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を変更することで、平行光の光線を、立体再生像を表示させたい方向に反射させることができる。
【００１２】
なお、立体再生像を構成する画素位置には、複数の２軸可動反射型表示素子からの反射光を集光させることで、複数の位置から反射光を認識することができ、３次元空間上の画素位置に表示点が存在しているものと認識することができる。そして、この光の集光位置（画素位置）を、立体再生像の３次元形状に合わせて複数設けることで、立体再生像として表示されることになる。
【００１３】
また、請求項２に記載の立体画像表示装置は、請求項１に記載の立体画像表示装置において、前記画像投射手段が、点光源として光を照射する照射手段と、この照射手段の照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する投射レンズ系と、この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する背面投射型の表示手段と、を備える構成とした。
【００１４】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、凸レンズ等の投射レンズ系の焦点位置に照射手段を配置することで、点光源である照射手段が照射した光は、投射レンズ系によって平行光となる。
そして、立体画像表示装置は、表示手段において、光強度情報に基づいて、背面から投射される光の透過率を変化させることで、表示手段から出力される平行光は、画素ごとに異なる光の強度の光線からなる光線群となる。そして、この個々の光線が、それぞれ２軸可動反射型表示素子によって反射されることで、複数の位置から視認することが可能になり、立体再生像として視認されることになる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の立体画像表示装置は、請求項１に記載の立体画像表示装置において、前記光強度情報は、光の３原色のそれぞれの強度を示す情報であって、前記画像投射手段が、前記光の３原色をそれぞれ点光源として照射する複数の照射手段と、この複数の照射手段のそれぞれの照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する複数の投射レンズ系と、この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する前記投射レンズ系ごとに設けた複数の表示手段と、この複数の表示手段から出力される光線群の光路を同一方向に変更する光路変更手段と、を備える構成とした。
【００１６】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、複数の表示手段から出力される平行光が、それぞれ光の３原色の光線群となる。そして、立体画像表示装置は、光路変更手段によって、各色の光線群の投射方向を同一にして、画像反射手段に投射することができる。これによって、光の集光位置（画素位置）に各色の光を集光させることで、立体再生像が多色化されて視認されることになる。
【００１７】
また、請求項４に記載の立体画像表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置において、前記画像投射手段が、時系列に変化する前記光強度情報に基づいて、前記光線群の光の強度を切り換えて投射し、前記制御手段が、時系列に変化する前記表示位置情報に基づいて、前記２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御する構成とした。
【００１８】
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、画像投射手段によって、時系列に変化する光強度情報に基づいて光線群の個々の光線の光の強度を切り換えて、２軸可動反射型表示素子に投射する。そして、立体画像表示装置は、制御手段によって、時系列に変化する表示位置情報に基づいて２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御することで、時系列に変化する立体再生像を表示することができる。
【００１９】
さらに、請求項５に記載の立体画像表示方法は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示方法であって、画像投射手段により、前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として、２次元状に複数配置した２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子に投射するとともに、制御手段により、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更することを特徴とする。
【００２０】
かかる方法によれば、立体画像表示方法は、画像投射手段によって、画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、再生像の画素ごとの光の強度に対応する光線を平行光とすることで、画像反射手段における２次元状に配置した２軸可動反射型表示素子のそれぞれに、光の強度の異なる光線を投射することができる。
そして、立体画像表示方法は、制御手段によって、表示位置情報で示される再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を変更することで、平行光の光線を、立体再生像を表示させたい方向に反射させることができる。
【００２１】
なお、立体再生像を構成する画素位置には、複数の２軸可動反射型表示素子からの反射光を集光させることで、複数の位置から反射光を認識することができ、３次元空間上の画素位置に表示点が存在しているものと認識することができる。そして、この光の集光位置（画素位置）を、立体再生像の３次元形状に合わせて複数設けることで、立体再生像として表示されることになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項１、２、５の発明によれば、反射光を、立体再生像を構成する個々の画素位置に集光させることで、光が反射されてくる方向から立体再生像を視認することができる。また、このとき、反射光のみによって、立体再生像を視認するため、ＩＰ方式のように表示時の焦点位置による解像度の劣化がなく、立体再生像が複数存在する場合であっても、それぞれの立体再生像の解像度の劣化を抑えることができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、立体再生像をカラーの再生像として視認させることができる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、静止した立体再生像を表示するだけでなく、時系列に立体再生像を変化させることができるため、立体動画像として視認させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［立体画像表示装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明に係る立体画像表示装置の構成について説明する。図１は、立体画像表示装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、立体画像表示装置１は、３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、複数の異なる投射位置から投射することで、再生像を立体再生像として表示するものである。ここでは、立体画像表示装置１は、画像投射手段１０と、画像反射手段２０と、制御手段３０とを備えている。
【００２５】
画像投射手段１０は、画像情報に含まれる光強度情報に基づいて、画素ごとの光の強度に対応する光線からなる光線群を平行光として投射するものである。ここでは、画像投射手段１０は、照射光源１１と、投射レンズ１２と、表示素子１３と、光路変更手段１４とを備えている。なお、光強度情報は後記する制御手段３０から入力される輝度情報である。
【００２６】
照射光源１１は、点光源として光を照射するものであって、表示素子１３を背面から照射するバックライトである。この照射光源１１から照射された光は、投射レンズ１２を介して、表示素子１３を背面から照射することになる。
【００２７】
投射レンズ（投射レンズ系）１２は、照射光源１１から照射された光を平行光に変換するものであって、凸レンズ等である。このように照射光源１１からの光を平行光とするため、照射光源１１は、投射レンズ１２の焦点位置に設置される。また、投射レンズ１２は、表示素子１３の表示領域を覆う大きさのレンズである。なお、この投射レンズ１２は、１枚の凸レンズで構成してもよいし、複数のレンズによって、点光源の光を平行光に変換するレンズ系として構成してもよい。
【００２８】
表示素子（表示手段）１３は、投射レンズ１２で変換された平行光を、画素ごとに、光強度情報に基づいた光の強度の異なる光線群として出力するものである。この表示素子１３は、光強度情報に基づいて、光の透過率を増減させる液晶ディスプレイ等の背面投射型のディスプレイにより構成することができる。なお、この表示素子１３は、投射レンズ１２から投射される平行光に垂直となるように配置される。このように、表示素子１３は、投射レンズ１２から投射される平行光により、画素に対応する光の強度の異なる光線群を、平行光として出力する。
【００２９】
光路変更手段１４は、入射してくる光の光路を変更するものである。ここでは、光路変更手段１４を、ハーフミラーで構成し、表示素子１３から平行光として入射されてくる光の一部を、画像反射手段２０の方向に反射させ、画像反射手段２０から入射されてくる光の一部を透過させる。これによって、観察者Ｏは、画像反射手段２０からの反射光を視認することができる。
【００３０】
画像反射手段２０は、画像投射手段１０から入射されてくる平行光（光線群）を光線ごとに反射するものである。ここでは、画像反射手段２０は、光反射手段２１と、駆動手段２２とを備えている。
【００３１】
光反射手段２１は、画素ごとに対応して設けられた２軸方向に反射方向を回転駆動可能なミラー（２軸可動反射型表示素子：以下、微小ミラーという）２１０を２次元状に配置したものである。この微小ミラー２１０は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等のマイクロミラーデバイスである。この個々の微小ミラー２１０は、駆動手段２２によって駆動されることで、光の反射方向を変える。
なお、ここでは、光反射手段２１を、個別にミラー面が分離した微小ミラー２１０によって構成しているが、ミラー面が連続した曲面ミラーを用いることとしてもよい。
【００３２】
駆動手段２２は、光反射手段２１の個々の微小ミラー２１０に対して、２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）の駆動量を駆動信号として出力することで、個々の微小ミラー２１０の反射角を変更するものである。なお、駆動手段２２は、後記する制御手段３０の駆動量出力手段３４から、微小ミラー２１０に対する駆動量を入力する。
このように、複数の微小ミラー２１０の反射光の方向（光線ベクトル）を変更することで、立体画像表示装置１は、観察者Ｏに対して、立体再生像を視認させることができる。
【００３３】
ここで、図２を参照（適宜図１参照）して、立体画像表示装置１が立体再生像を表示する仕組みについて説明する。図２は、立体画像表示装置の表示の仕組みを示す模式図である。図２（ａ）は、立体再生像を光反射手段２１に対して、観察者Ｏに近い位置に表示する様子を示し、図２（ｂ）は、立体再生像を光反射手段２１に対して、観察者Ｏから遠い位置に表示する様子を示している。なお、図中の表示位置ＦＦ、ＦＢは、立体再生像の表示点のうち、ある１点を示しているものとする。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、複数の微小ミラー２１０の反射光の方向（光線ベクトル）を３次元空間の立体再生像の表示位置ＦＦに向かせることで、観察者Ｏは、反射方向の範囲で反射光を視認することができる。これによって、光反射手段２１より観察者Ｏ側に近い位置に立体再生像が表示されることになる。また、図２（ｂ）に示すように、複数の微小ミラー２１０の反射光の逆方向（光線ベクトルの逆向きベクトル）を立体再生像の表示位置ＦＢに向かせることで、観察者Ｏは、反射方向の範囲で反射光を視認することができる。これによって、立体画像表示装置１は、光反射手段２１よりも奥側に立体再生像を表示することができる。
【００３５】
さらに、図３を参照（適宜図１参照）して、立体画像表示装置１が、立体再生像の表示面の異なる位置（表示点）を表示する手法について説明する。図３は、立体再生像を表示する場合の微小ミラーの状態を示す模式図であって、表示位置ＦＦ１と、表示位置ＦＦ２とに立体再生像の異なる表示点を再生した状態を示している。
【００３６】
ここでは、表示点Ｍ１を再生するための平行光Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４が、それぞれ微小ミラー２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３，２１０ａ４に入射されている。また、表示点Ｍ２を再生するための平行光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３が、それぞれ微小ミラー２１０ｂ１，２１０ｂ２，２１０ｂ３に入射されている。
このとき、微小ミラー２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３，２１０ａ４によって、それぞれの平行光Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４を表示位置ＦＦ１の方向に反射させることで、表示位置ＦＦ１に表示点Ｍ１を表示させることができる。
【００３７】
同様に、微小ミラー２１０ｂ１，２１０ｂ２，２１０ｂ３によって、それぞれの平行光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３を表示位置ＦＦ２の方向に反射させることで、表示位置ＦＦ２に表示点Ｍ２を表示させることができる。
【００３８】
このように、立体再生像を表示する場合、どの微小ミラー２１０をどの表示点用に使用するかは特に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、光反射手段２１における微小ミラー２１０を、表示点ごとに重なりがないように区分（ここでは、区分Ａ１，Ａ２）することとしてもよいし、図４（ｂ）に示すように、重なりを持たせて区分することとしてもよい。なお、ここでは、表示点を２つとして例示したが、実際は、複数の表示点によって立体再生像が構成されることになる。
図１に戻って、立体画像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００３９】
制御手段３０は、立体画像表示装置１を制御するものであって、画像投射手段１０に対して光強度情報を出力することで画像を表示させたり、画像反射手段２０に対して微小ミラー２１０の駆動量を出力することで光の反射方向を制御したりするものである。ここでは、制御手段３０は、画像情報記憶手段３１と、光強度出力手段３２と、反射角演算手段３３と、駆動量出力手段３４とを備えている。なお、制御手段３０は、一般的なコンピュータを用いて実現することができる。
【００４０】
画像情報記憶手段３１は、立体再生像を表示するための３次元空間の位置（画素位置）を示す表示位置情報と、当該位置における画素ごとの光の強度を示す光強度情報とからなる画像情報を記憶するものである。なお、表示位置情報と光強度情報とは対応付けて記憶されているものとする。また、表示位置情報には、光反射手段２１のどの微小ミラー２１０によって、光を反射させるかを示す反射位置情報も含まれているものとする。
また、画像情報は、立体再生像を表示するための３次元空間の１つの位置（画素位置）に対して、複数の反射位置情報（微小ミラー２１０）を対応付けておく。これによって、１つの画素は、複数の微小ミラー２１０からの反射光として、観察者Ｏに視認されることになる。
【００４１】
光強度出力手段３２は、微小ミラー２１０に対応する位置に投射する光の強度を画像投射手段１０に出力するものである。ここでは、光強度出力手段３２は、画像情報記憶手段３１から光強度情報を読み出し、当該光強度情報を強度信号として画像投射手段１０に出力する。
【００４２】
反射角演算手段３３は、個々の微小ミラー２１０の光の反射角を演算するものである。ここでは、反射角演算手段３３は、画像情報記憶手段３１から、微小ミラー２１０の位置に対応する立体再生像の表示位置情報を読み出し、微小ミラー２１０における表示位置方向への光の反射角を演算する。なお、演算された反射角は、駆動量出力手段３４に出力される。
【００４３】
ここで、図５を参照（適宜図１参照）して、反射角演算手段３３が、３次元座標である表示位置情報から、微小ミラー２１０の反射角を演算する方法について説明する。図５は、微小ミラーの反射角を演算する方法を説明するための説明図である。なお、図５は、光反射手段２１をＹ軸方向上部から見た状態を示している。
【００４４】
ここでは、立体再生像を表示させる表示位置情報である３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、（ＸＦ，ＹＦ，ＺＦ）とし、求める微小ミラー（ここでは２１０ｎ）のＸ軸方向の反射角をθＸとする。また、微小ミラー２０１ｎは、３次元座標で（ＸＭ，ＹＭ，０）に配置されているものとする。この場合、反射角演算手段３３は、微小ミラー２１０ｎのＸ軸方向の反射角θＸを以下の（１）式により演算する。
【００４５】
θＸ＝ａｒｃｔａｎ（（ＸＦ−ＸＭ）／ＺＦ） …（１）
同様に、反射角演算手段３３は、微小ミラー２１０ｎのＹ軸方向の反射角θＹを以下の（２）式により演算する。
θＹ＝ａｒｃｔａｎ（（ＹＦ−ＹＭ）／ＺＦ） …（２）
図１に戻って、立体画像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００４６】
駆動量出力手段３４は、反射角演算手段３３で演算された反射角を駆動量として、駆動手段２２に出力するものである。
以上、立体画像表示装置１の構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、ここでは、画像投射手段１０を、表示素子１３に対して背面から平行光を投射することで、立体再生像を表示するための画像を平行光として投射する構成としたが、予め当該画像が映像信号として生成してある場合は、当該映像信号をある画角で投射した後に、投射レンズ１２によって、平行光とする構成としてもよい。
【００４８】
また、ここでは、画像投射手段１０を、単一の表示素子１３により構成したが、複数の表示素子を用いることも可能である。例えば、図６に示すように、画像投射手段１０の他の構成（１０Ｂ）として、赤、緑、青の光を照射する照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、それぞれの照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに対応する投射レンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇとを備え、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇから出射される平行光を、ダイクロイックプリズム１５によって、同一方向の平行光とし、画像反射手段２０に投射する構成としてもよい。この場合、光路変更手段１４とダイクロイックプリズム１５とが光路変更手段として機能することになる。そして、制御手段３０（図１）は、各々の色に対応する輝度情報を光強度情報として、それぞれの表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇに出力する。これによって、立体再生像をカラーで表示することができる。
【００４９】
また、ここでは、画像投射手段１０に、光路変更手段１４を備える構成としたが、図７に示すように、画像投射手段１０の他の構成（１０Ｃ）として、光路変更手段１４を省略し、直接、画像反射手段２０に投射する構成としてもよい。あるいは、画像投射手段１０Ｃを、図６で説明した照射光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、投射レンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、表示素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｇとで構成してもよい。
【００５０】
また、ここでは、制御手段３０が、立体再生像を表示する表示位置情報から、微小ミラー２１０の反射角を演算することとしたが、予め微小ミラー２１０の反射角を求めておき、画像情報記憶手段３１に記憶しておくこととしてもよい。この場合、制御手段３０から、反射角演算手段３３を省略することができる。
以上説明したように、立体画像表示装置１は、微小ミラー２１０によって、平行光を構成する光線群を個別に反射させるだけの構成であるため、ＩＰ方式のように、奥行き方向で解像度が劣化することがなく、解像度の高い立体再生像を表示することが可能になる。
【００５１】
［立体画像表示装置の動作］
次に、図１を参照して、本発明に係る立体画像表示装置の動作について説明する。
（初期動作）
まず、立体画像表示装置１は、立体再生像を表示するための３次元空間の位置を示す表示位置情報と当該位置における光の強度を示す光強度情報とからなる画像情報を、予め画像情報記憶手段３１に記憶しておく。
【００５２】
（画像投射動作）
そして、立体画像表示装置１は、画像投射手段１０において、投射レンズ１２によって、照射光源１１が照射する光を平行光に変換する。そして、立体画像表示装置１は、表示素子１３によって、制御手段３０の光強度出力手段３２から出力される光強度情報に基づいて、平行光を、画素ごとに光の強度の異なる光線群とする。この光線群は、光路変更手段１４によって、光路が変更されて、画像反射手段２０に投射される。
【００５３】
（画像反射動作）
そして、立体画像表示装置１は、画像反射手段２０において、駆動手段２２によって、制御手段３０から出力される微小ミラー２１０に対する駆動量により、微小ミラー２１０の反射角を変更する。その後、立体画像表示装置１は、個々の微小ミラー２１０によって、画像投射手段１０から投射された平行光である光線群を反射させる。
【００５４】
以上の動作によって、立体画像表示装置１は、画像情報記憶手段３１に記憶されている画像情報に基づいて、立体再生像を表示することができる。
なお、画像投射手段１０における画像投射動作と、画像反射手段２０における画像反射動作は、制御手段３０によって、ほぼ並行に動作することが可能である。
【００５５】
また、立体画像表示装置１は、制御手段３０の光強度出力手段３２によって、画像情報記憶手段３１に記憶されている光強度情報を時系列に画像投射手段１０に出力し、制御手段３０の駆動量出力手段３４によって、微小ミラー２１０の駆動量を時系列に画像反射手段２０に出力することで、立体再生像を動画として再生することができる。
【００５６】
［補足説明：複数立体再生像の表示について］
前記までの説明では、説明を簡略化するため、立体再生像を１つ表示する場合について説明を行ったが、立体画像表示装置１は、同時に複数の立体再生像を表示することもできる。以下、図８を参照して、立体画像表示装置１が、複数の表示再生像を表示する手法について説明を行う。図８は、立体画像表示装置において、複数の立体再生像を表示した状態を示す模式図である。なお、ここでは、説明を簡略化するため、立体画像表示装置１の光反射手段２１のみを図示し、装置を上側から見た状態を示している。
【００５７】
図８（ａ）は、光反射手段２１からの反射光によって、立体再生像Ｍ１，Ｍ２が表示されている例を示している。また、立体再生像Ｍ１の表示点のうちのある１点をＰ１、立体再生像Ｍ２の表示点のうちのある１点をＰ２としている。ここで、表示点Ｐ１は、光反射手段２１のＷ１の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲）によって生成されている。また、表示点Ｐ２は、光反射手段２１のＷ２の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲）によって生成されている。
このとき、反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲では表示点Ｐ１を視覚することができるが、それ以外の領域Ｂａでは、表示点Ｐ１を視覚することができない。しかし、観察者は、右方向（図中上方向）に視点をずらすことで表示点Ｐ１を視覚することができる。
【００５８】
図８（ｂ）は、光反射手段２１からの反射光によって、立体再生像Ｍ１，Ｍ２が表示されている例を示している。また、立体再生像Ｍ１の表示点のうちのある１点をＰ１、立体再生像Ｍ２の表示点のうちのある１点をＰ２としている。ここで、表示点Ｐ１は、光反射手段２１のＷ１の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲）と、光反射手段２１のＷ２の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲）とによって生成されている。また、表示点Ｐ２は、光反射手段２１のＷ３の範囲の微小ミラー（図示せず）の反射光（反射光Ｌ３１，Ｌ３２の範囲）によって生成されている。
このとき、反射光Ｌ１１，Ｌ１２の範囲および反射光Ｌ２１，Ｌ２２の範囲では表示点Ｐ１を視覚することができるが、それ以外の領域Ｂａでは、表示点Ｐ１を視覚することができない。しかし、観察者は、左右方向（図中上下方向）に視点をずらすことでＰ１を視覚することができる。
【００５９】
このように、立体画像表示装置１は、複数の立体再生像を同時に表示した場合であっても、見る方向によって、立体再生像を認識することができないようにすることが可能である。これによって、例えば、観察者から見て、立体再生像Ｍ１を立体再生像Ｍ２によって遮蔽した状態を実現することができる。また、立体画像表示装置１は、奥行き方向の異なる位置に立体再生像を表示する場合であっても、観察者がそれぞれの立体再生像に割り当てられた反射光を視認する構成であるため、個々の立体再生像の解像度が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る立体画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る立体画像表示装置の表示の仕組みを示す模式図である。
【図３】立体再生像を表示する場合の微小ミラーの状態を示す模式図である。
【図４】立体再生像を表示する際の微小ミラーの区分の一例を示す図である。
【図５】微小ミラーの反射角を演算する方法を説明するための説明図である。
【図６】カラーの立体再生像を表示するための画像投射手段の構成示す概略図である。
【図７】光路変更手段を省略した画像投射手段の構成示す概略図である。
【図８】立体画像表示装置において複数の立体再生像を表示した状態を示す模式図である。
【図９】従来のＩＰ方式の概念を説明するための説明図である。
【図１０】従来のＩＰ方式における解像度を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 立体画像表示装置
１０ 画像投射手段
１１ 照射手段
１２ 投射レンズ（投射レンズ系）
１３ 表示素子（表示手段）
１４ 光路変更手段
２０ 画像反射手段
２１ 光反射手段
２１０ 微小ミラー（２軸可動反射型表示素子）
２２ 駆動手段
３０ 制御手段
３１ 画像情報記憶手段
３２ 光強度出力手段
３３ 反射角演算手段
３４ 駆動量出力手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示装置であって、
前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段と、
この画像投射手段で投射された平行光を前記光線ごとに反射する２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子を、２次元状に配置した画像反射手段と、
前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更する制御手段と、
を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記画像投射手段は、
点光源として光を照射する照射手段と、
この照射手段の照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する投射レンズ系と、
この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する背面投射型の表示手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記光強度情報は、光の３原色のそれぞれの強度を示す情報であって、
前記画像投射手段は、
前記光の３原色をそれぞれ点光源として照射する複数の照射手段と、
この複数の照射手段のそれぞれの照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する複数の投射レンズ系と、
この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を前記画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する、前記投射レンズ系ごとに設けた複数の表示手段と、
この複数の表示手段から出力される光線群の光路を同一方向に変更する光路変更手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記画像投射手段が、時系列に変化する前記光強度情報に基づいて前記光線群の光の強度を切り換えて投射し、
前記制御手段が、時系列に変化する前記表示位置情報に基づいて前記２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御す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画像表示装置。
【請求項５】
３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示方法であって、
画像投射手段により、前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として、２次元状に複数配置した２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子に投射するとともに、制御手段により、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更することを特徴とする立体画像表示方法。
【請求項１】
３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示装置であって、
前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として投射する画像投射手段と、
この画像投射手段で投射された平行光を前記光線ごとに反射する２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子を、２次元状に配置した画像反射手段と、
前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更する制御手段と、
を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記画像投射手段は、
点光源として光を照射する照射手段と、
この照射手段の照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する投射レンズ系と、
この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する背面投射型の表示手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記光強度情報は、光の３原色のそれぞれの強度を示す情報であって、
前記画像投射手段は、
前記光の３原色をそれぞれ点光源として照射する複数の照射手段と、
この複数の照射手段のそれぞれの照射位置を焦点位置として、当該照射手段から照射される光を平行光に変換する複数の投射レンズ系と、
この投射レンズ系で変換された平行光を投射されることで、当該平行光を前記画素ごとに、前記光強度情報に基づいた光の強度の異なる前記光線群として出力する、前記投射レンズ系ごとに設けた複数の表示手段と、
この複数の表示手段から出力される光線群の光路を同一方向に変更する光路変更手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記画像投射手段が、時系列に変化する前記光強度情報に基づいて前記光線群の光の強度を切り換えて投射し、
前記制御手段が、時系列に変化する前記表示位置情報に基づいて前記２軸可動反射型表示素子の光の反射方向を制御す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画像表示装置。
【請求項５】
３次元空間上に表示される再生像の各画素の光の強度に対応する光線を、前記画素ごとに複数の位置から集光させることで、前記再生像を立体再生像として表示する立体画像表示方法であって、
画像投射手段により、前記画素ごとの光の強度を示す光強度情報に基づいて、前記光の強度に対応する複数の光線からなる光線群を平行光として、２次元状に複数配置した２軸方向に回転駆動可能な２軸可動反射素子に投射するとともに、制御手段により、前記再生像の画素位置を示す表示位置情報に基づいて、前記画素ごとに予め定めた複数の位置に対応する前記２軸可動反射素子の光の反射方向を前記画素位置方向に変更することを特徴とする立体画像表示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−３２２７６４（Ｐ２００７−３２２７６４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５３１３６（Ｐ２００６−１５３１３６）
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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