立体表示装置
【課題】
広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することが可能な立体表示装置を提供する。
【解決手段】
プロジェクタ６１〜６５のうちプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する光軸方向（図２に示すＸ方向）に平行でありかつ水平方向（図２に示すＹ方向）に垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように設けられている。つまり、プロジェクタ６１及びプロジェクタ６５からの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。このため、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ１が垂直拡散スクリーン１０に入射する入射角度θをｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）より大きくし、光軸Ｋに対する垂直拡散光Ｌ２の出射角度φを大きくすることができる。この結果、広角の投射レンズを用いることなく、立体画像表示装置１の一部観察領域Ｒ１を拡大することができる。
広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することが可能な立体表示装置を提供する。
【解決手段】
プロジェクタ６１〜６５のうちプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する光軸方向（図２に示すＸ方向）に平行でありかつ水平方向（図２に示すＹ方向）に垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように設けられている。つまり、プロジェクタ６１及びプロジェクタ６５からの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。このため、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ１が垂直拡散スクリーン１０に入射する入射角度θをｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）より大きくし、光軸Ｋに対する垂直拡散光Ｌ２の出射角度φを大きくすることができる。この結果、広角の投射レンズを用いることなく、立体画像表示装置１の一部観察領域Ｒ１を拡大することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊な眼鏡を着用することなく、立体表示を可能とする立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体映像を表示する装置として、偏光眼鏡などを用いることで、左右の眼に対する視差を生じさせるものが存在する。近年、このような偏光眼鏡などを用いずに、立体表示を可能とする技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のプロジェクタを用いた立体表示装置が開示されている。この立体表示装置は、立体像の表面から出射される光線を複数のプロジェクタにより再生するものである。このような立体表示装置では、例えば水平方向に配設された複数のプロジェクタとスクリーンとを備える。スクリーンは、立体像を再現するために、プロジェクタから投影された光を拡散する。具体的には、スクリーンは、フレネルレンズと拡散層とを有し、この拡散層は、垂直方向に大きな拡散効果を有し水平方向には大きな拡散効果を有さない。
【０００４】
このような立体表示装置は、例えばこれらの複数のプロジェクタから出射される複数の光線により立体像を再現する。このため、特殊な眼鏡を用いずに立体視が可能であり、自然な映像表現に適しているという特徴がある。
【０００５】
また、特許文献２には、プロジェクタより出射されながらもスクリーンに到達しない光をミラーで反射させてスクリーンに到達させることで、観察者が観察することが可能な領域を拡大する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８６１６号公報（段落[００６７]、図５）
【特許文献２】特開２００７−１８７７５４（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した技術では、スクリーンの拡散層は、水平方向には大きな拡散効果を有さないため、プロジェクタから出射された光線は、フレネルレンズに入射し、屈折し、拡散層に入射するが、拡散層では水平方向にはあまり拡散されずに進む。この結果、投射レンズの画角の外側にいる観察者の眼に光が到達せず、観察者がスクリーンの少なくとも一部を観察できる領域である一部観察領域が狭くなる、という問題がある。また、一部観察領域が小さくなることに伴い全面観察領域も小さくなる、という問題がある。全面観察領域とは、スクリーンの全面から観察者の眼に光が到達する領域のことである。
【０００８】
また、特許文献２の技術を用いた場合も、画角の比較的大きな投射レンズを用いない限り、一部観察領域及び全面観察領域を広げることができない。
【０００９】
しかし、広角の投射レンズを得るには、レンズ枚数を増やしたり、大型のレンズを用いたりする必要がある等、個々のプロジェクタの大型化を招くことがある。また、プロジェクタ台数を増やして、光線数を増やすことが高画質の立体像の再生のために必要であるが、個々のプロジェクタの大型化によりプロジェクタの台数を増やすことが困難となり、高画質の立体像の再生することは難しい。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することが可能な立体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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る立体表示装置は、複数のプロジェクタと、スクリーンとを有する。
上記複数のプロジェクタは、入射光を空間光変調する空間光変調素子と前記空間変調素子からの光を投射する投射レンズとをそれぞれ有する。上記スクリーンは、上記プロジェクタから投射された光が入射する光入射面を有し、入射光を水平方向より垂直方向に大きく拡散する。
上記複数のプロジェクタは、上記スクリーンの光入射面から上記光軸方向にそれぞれ等距離の位置に、それぞれの上記投射レンズの光軸方向を上記光入射面に直交する方向に一致させて配設され、上記スクリーンの水平方向の幅をＷ、上記プロジェクタと上記スクリーンとの間の上記光軸方向の間隔である投影奥行きをＤ、水平面における上記プロジェクタからの光線の上記スクリーンへの入射角度をθとしたときに、少なくとも１個の上記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。
【００１１】
本発明では、少なくとも１個の上記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たすように、プロジェクタが配置されているので、少なくとも１個のプロジェクタからの光線のスクリーンに対する入射角度をθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）とすることができ、広角の投射レンズを用いずに観察領域を拡大することができる。
【００１２】
少なくとも１個の上記プロジェクタは、該プロジェクタの投射レンズの光軸が上記スクリーンの上記水平方向外側に位置するように設けられているようにしてもよい。これにより、この少なくとも１個のプロジェクタからの光線のスクリーンに対する入射角度を大きくすることができ、スクリーンで拡散される光の観察領域を拡大することができる。
【００１３】
上記水平方向で両端に配置されたプロジェクタは、それぞれのプロジェクタの投射レンズの光軸が上記スクリーンの上記水平方向外側に位置するように設けられているようにしてもよい。
これにより、水平方向にバランスよく一部観察領域を拡大することができる。
【００１４】
上記スクリーンは、上記光軸方向で上記光入射面側に設けられたフレネルレンズを有するようにしてもよい。
これにより、プロジェクタからの光線をフレネルレンズにより屈折し、この屈折した光線を垂直方向に拡散することができる。つまり、フレネルレンズにより、（全面）観察領域を変更することができる。
【００１５】
θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす光線を投射する上記プロジェクタの上記空間光変調素子は、該空間光変調素子の表示領域の中心が該プロジェクタの投射レンズの光軸に対して水平方向に偏芯するように配置されているようにしてもよい。
これにより、空間光変調素子により変調された光を投射レンズに対して斜めに入射することができ、この結果、観察領域を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図である。
【図２】図１に示す立体画像表示装置の平面図である。
【図３】図２に示す立体画像表示装置の側面図である。
【図４】立体画像表示装置の垂直拡散スクリーンの水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す図である。
【図５】立体画像表示装置の立体視の原理を説明する模式図である。
【図６】図１に示す立体画像表示装置を用いた一部観察領域を示す平面図である。
【図７】図１に示す立体画像表示装置を用いた全面観察領域を示す平面図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置の構成及び一部観察領域を示す平面図である。
【図９】図８に示す立体画像表示装置の構成及び全面観察領域を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施の形態の立体画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図１１】従来の立体画像表示装置の一部観察領域を示す平面図である。
【図１２】従来の立体画像表示装置の全面観察領域を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施の形態＞
［立体画像表示装置の構成］
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図、図２は図１に示す立体画像表示装置の平面図、図３は図２に示す立体画像表示装置の側面図である。
【００２０】
立体画像表示装置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。立体画像表示装置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と、プロジェクタベース４と、スクリーン枠５と、プロジェクタ６１〜６５と、基板７と、側面部８、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。
【００２１】
プロジェクタ６１〜６５は、プロジェクタベース４に水平方向（図１及び図２のＹ方向）に複数配設されている。基板７は、基板保持部３に保持され、プロジェクタ６１〜６５を駆動及び制御する回路が実装されている。側面部８は、プロジェクタ６１〜６５から投射された光が立体画像表示装置１の外部に漏れることを防止すると共に、投射された光を反射する。垂直拡散スクリーン１０は、スクリーン枠５に保持され、プロジェクタ６１〜６５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。
【００２２】
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、撮像位置から計算される画素ごとの変換マトリックスに従って、撮像画像から変換をおこなって投影画像が得られる。これにより得られたそれぞれの投影画像が合成されることで１つの立体画像が生成される。本実施の形態では、その複数のカメラによって撮像された個々の画像からの変換によって得られた投影画像がプロジェクタ６１〜６５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。
【００２３】
［プロジェクタ６１〜６５］
プロジェクタ６１〜６５は、図２及び図３に示すように、垂直拡散スクリーン１０に対してそれぞれ画像（映像）を投影する。プロジェクタ６１〜６５は、投射光の出射面がほぼ一平面（ＹＺ平面）に揃うように水平方向（図１及び図２のＹ方向）にそれぞれ配列されている。また、それぞれのプロジェクタ６１〜６５の垂直拡散スクリーン１０に対する、投射レンズの光軸方向（Ｋ方向）の距離はそれぞれ同一とされている。ここで、投射レンズの光軸方向（Ｋ方向）はＸ方向と同一であり、垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する方向である。そしてプロジェクタ６１〜６５は、図１及び図２に示すように垂直方向（Ｚ方向）において同じ高さ位置に配置されている。
【００２４】
プロジェクタ６１〜６５のうち両端のプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが水平方向（図２に示すＹ方向）において垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように配置されている。
【００２５】
つまり、θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たすように両端のプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５の位置が決められている。ここで、Ｗは、垂直拡散スクリーン１０の水平方向（図２に示すＹ方向）の幅である。Ｄは、プロジェクタ６１〜６５と垂直拡散スクリーン１０との間の光軸方向（Ｘ方向）の間隔である投影奥行きである。より具体的には、Ｄは、垂直拡散スクリーン１０と、プロジェクタ内の投射レンズの中心との間の光軸方向（Ｘ方向）の間隔である。θは、個々のプロジェクタ６１、６５から垂直拡散スクリーン１０への光線の水平面（ＸＹ平面）における入射角度である。
【００２６】
プロジェクタ６１〜６５のうち水平方向中央のプロジェクタ６３の投射レンズの光軸Ｋと垂直拡散スクリーン１０の中心との水平方向での位置は略一致している。これに対して、その他のプロジェクタ６１，６２，６４，６５の投射レンズの光軸Ｋと垂直拡散スクリーン１０の中心との水平方向での位置は一致していない。そこで、これらの中央以外のプロジェクタ６１，６２，６４，６５からそれぞれ投影される画像が垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａで位置が一致するように、それぞれの投影画像の水平方向での位置がシフトされている。この投影画像のシフトについては、後で一例を示す。
【００２７】
プロジェクタ６１〜６５は、それぞれ光源、空間光変調素子、投射レンズ及び照明光学系を内蔵しており、プロジェクタ６１〜６５はそれぞれ独立した投射装置として機能する。但し、空間光変調素子が自ら発光するＥＬ（electroluminescence）素子などの場合は光源及び照明光学系を備えなくてもよい。光源は、例えば白色光を出射する白色光源モジュールであり、具体的には青色ＬＥＤと黄色蛍光体からなる白色発光体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。個々のプロジェクタ６１〜６５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）を備えたＤＬＰ（登録商標 Digital Light Processing）のように、印加画像（映像）信号に従って、画素ごとに光強度変調を行うもの等を用いることもできる。
【００２８】
［垂直拡散スクリーン１０］
垂直拡散スクリーン１０は、プロジェクタ６１〜６５が配設されたＹＺ平面に平行に設けられている。垂直拡散スクリーン１０は、垂直拡散スクリーン１０の水平方向の幅はＷである。垂直拡散スクリーン１０は、プロジェクタ６１〜６５からの入射光を水平方向及び垂直方向にそれぞれ所定の拡散角で拡散する。
【００２９】
図４は垂直拡散スクリーン１０の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す図である。
垂直拡散スクリーン１０は、入射光を水平方向と垂直方向とに異なる所定の拡散角（拡散量）で拡散する。ここで、水平方向と垂直方向それぞれの拡散角は、水平方向の拡散角が垂直方向の拡散角に対して小さい値に設定されている。より具体的には、プロジェクタ６１〜６５からの入射光を水平方向（Ｙ方向）にはあまり拡散せずに（図４（ａ））、垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散する（図４（ｂ））ように、水平方向と垂直方向それぞれの拡散角が決められている。
【００３０】
ここで、図４（ａ）に示すように、垂直拡散スクリーン１０に入射した光線１１は、水平方向（Ｙ方向）にはあまり拡散されない。このため、全てのプロジェクタ６１〜６５のうちの一部のプロジェクタからの投影画像の光線が垂直拡散スクリーン１０を通して観察者の眼に到達する。
【００３１】
一方、図４（ｂ）に示すように、垂直拡散スクリーン１０に入射した光線１１は、垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散する。このため、例えば垂直拡散スクリーン１０の光入射面上部または光入射面下部に投影された光線１１は、垂直拡散スクリーン１０により垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散して垂直拡散スクリーン１０からの光線１３の出射角度が変わり、拡散後の光線１３が観察者の眼に入射する。
【００３２】
図５は立体画像表示装置１の立体視の原理を説明する模式図である。
観察者１６は、プロジェクタ６１〜６５から出射された光を垂直拡散スクリーン１０を通して観察する。具体的には、表示しようとする立体像１５の表面から出射される光線が、観察者１６の左眼１７と、右眼１８に入射すれば、観察者１６は、立体像１５を立体視することができる。図５では、プロジェクタ６２から出射した光は、垂直拡散スクリーン１０ではほぼ直進し、左眼１７に入射し、プロジェクタ６３から出射した光は、垂直拡散スクリーン１０ではほぼ直進し、右眼１８に入射する。このように、表示しようとする立体像１５を、プロジェクタ６１〜６５の光線に対応させることで、裸眼での立体表示を可能とする。
【００３３】
［一部観察領域］
図６は図１に示す立体画像表示装置１を用いた一部観察領域を示す平面図である。
各プロジェクタ６１〜６５からの出射光は、垂直拡散スクリーン１０で垂直方向にそれぞれ拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光として出射される。ここで各プロジェクタ６１〜６５のうち水平方向の一端に配置されたプロジェクタ６１の出射光Ｌ１は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））で垂直拡散スクリーン１０に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ２は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。この出射角度φは、光軸Ｋに対してｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）以下の入射角度で垂直拡散スクリーン１０に入射した光の出射角度に比べて大きくなる。
【００３４】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ３は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））で垂直拡散スクリーン１０に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ４は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度φで出射される。この出射角度φは、光軸Ｋに対してｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）以下の入射角度で垂直拡散スクリーン１０に入射した光の出射角度に比べて大きくなる。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図６において斜線で示す一部観察領域Ｒ１が生成される。
【００３５】
図７は図１に示す立体画像表示装置１を用いた全面観察領域を示す平面図である。
プロジェクタ６１から出射された出射光Ｌ５は、垂直拡散スクリーン１０で水平方向にはあまり拡散されず垂直方向に拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光Ｌ６として出射される。垂直拡散光Ｌ６は、水平方向において垂直拡散光Ｌ５に対してほぼ直進する。
【００３６】
同様に、プロジェクタ６５から出射された出射光Ｌ７は、垂直拡散スクリーン１０で水平方向にはあまり拡散されず垂直方向に拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光Ｌ８として出射される。垂直拡散光Ｌ８は、水平方向において垂直拡散光Ｌ７に対してほぼ直進する。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図７において斜線で示す全面観察領域Ｒ２が生成される。
【００３７】
［作用等］
このように本実施形態によれば、プロジェクタ６１〜６５のうちプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する光軸方向（図２に示すＸ方向）に平行でありかつ水平方向（図２に示すＹ方向）に垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように設けられている。つまり、プロジェクタ６１及びプロジェクタ６５からの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。このため、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ１が垂直拡散スクリーン１０に入射する入射角度θをｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）より大きくし、光軸Ｋに対する垂直拡散光Ｌ２の出射角度φを大きくすることができる。この結果、広角の投射レンズを用いることなく、立体画像表示装置１の一部観察領域Ｒ１を拡大することができる。
【００３８】
図１１は従来の立体画像表示装置の一部観察領域を示す平面図である。
図１１に示すように従来の立体画像表示装置３００は、複数のプロジェクタ３０１，３０２及び３０３と、これらのプロジェクタ３０１〜３０３からの入射光を垂直拡散する垂直拡散スクリーン３０４とを備える。プロジェクタ３０１及び３０３は、それぞれの光軸が垂直拡散スクリーン３０４の水平方向の外側に位置するように設けられていない。
【００３９】
垂直拡散スクリーン３０４は、フレネルレンズ３０５と拡散層３０６とを備える。この拡散層３０６は、垂直方向に大きな拡散効果を有し水平方向にはあまり拡散効果を有さない。このため、プロジェクタ３０１〜３０３から出射された光線は、フレネルレンズ３０５に入射し、屈折し、拡散層３０６に入射するが、拡散層３０６では水平方向にはあまり拡散されずに進む。この結果、投射レンズの画角の外側にいる観察者に光が到達せず、一部観察領域Ｒ３が狭くなる。
【００４０】
図１１に斜線で示す一部観察領域Ｒ３と、図６に斜線で示す本実施形態の一部観察領域Ｒ１とを比較すると、一部観察領域Ｒ１が拡大しており、観察者が広い領域で画像を観察できるという点で有利である。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置について説明する。なお、本実施形態以降では、上記第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付しそれらの説明を省略し、異なる箇所を中心的に説明する。
［立体画像表示装置の構成］
図８は本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置の構成及び一部観察領域を示し平面図である。
本実施形態の立体画像表示装置１００は、上記第１の実施形態の垂直拡散スクリーン１０の代わりに垂直拡散スクリーン１０１を備える点が異なる。
【００４２】
垂直拡散スクリーン１０１は、フレネルレンズ１０２と、拡散板１０３とを備える。拡散板１０３は、第１の実施形態の垂直拡散スクリーン１０と同様の拡散特性を有する拡散板である。フレネルレンズ１０２は、拡散板１０３のプロジェクタ６１側に積層されている。
【００４３】
［一部観察領域Ｒ４］
各プロジェクタ６１〜６５からの出射光は、フレネルレンズ１０２に入射し、フレネルレンズ１０２で屈折する。 垂直拡散スクリーン１０で垂直方向にそれぞれ拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光として出射される。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散されて拡散板１０３から垂直拡散光として出射される。このとき、プロジェクタ６１の出射光Ｌ１は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））でフレネルレンズ１０２に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ１０は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。
【００４４】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ３は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））でフレネルレンズ１０２に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ１１は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図８において斜線で示す一部観察領域Ｒ４が生成される。
【００４５】
図９は立体画像表示装置１００の全面観察領域を示す平面図である。
［全面観察領域Ｒ５］
プロジェクタ６１から出射された出射光Ｌ５は、フレネルレンズ１０２に入射し、フレネルレンズ１０２で屈折する。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散して拡散板１０３から垂直拡散光Ｌ１２として出射される。このとき、垂直拡散光Ｌ１２の拡散板１０３からの出射角度φが、フレネルレンズ１０２を備えない場合に比べて大きくなる。
【００４６】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ７は、フレネルレンズ１０２で屈折する。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散して拡散板１０３から垂直拡散光Ｌ１３として出射される。このとき、垂直拡散光Ｌ１３の拡散板１０３からの出射角度φが、フレネルレンズ１０２を備えない場合に比べて大きくなる。
【００４７】
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図９において斜線で示す全面観察領域Ｒ５が生成される。全面観察領域Ｒ５は、図７に示す全面観察領域Ｒ２に比べて大きい。
【００４８】
［作用等］
このように本実施形態によれば、立体画像表示装置１００の垂直拡散スクリーン１０１が、フレネルレンズ１０２を垂直拡散スクリーン１０１のプロジェクタ６１〜６５側に備えている。このため、プロジェクタ６１〜６５からの出射光をフレネルレンズ１０２により屈折して拡散板１０３に入射させることができる。具体的には、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ５をフレネルレンズ１０２により屈折し、拡散板１０３により垂直拡散し、垂直拡散スクリーン１０１からの出射光Ｌ１２の水平方向の出射角度φを大きくすることができる。また、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ７をフレネルレンズ１０２により屈折し、拡散板１０３により垂直拡散し、垂直拡散スクリーン１０１からの出射光Ｌ１３の水平方向の出射角度φを大きくすることができる。この結果、図９に斜線で示す全面観察領域Ｒ５を大きくすることができる。つまり、第２の実施形態では、図８に示すように一部観察領域Ｒ４を大きくしつつ図９に示すように全面観察領域Ｒ５を大きくすることができる。
【００４９】
図１２は図１１に示す従来の立体画像表示装置３００の全面観察領域を示す平面図である。
立体画像表示装置３００の垂直拡散スクリーン３０４の全面から観察者に光が到達する領域が、図１２に斜線で示す全面観察領域Ｒ６である。上述したように図１１に示す一部観察領域Ｒ３が小さい場合には、図１２に示す全面観察領域Ｒ６も小さくなる。
【００５０】
図１２に示す全面観察領域Ｒ６と、第２の実施形態の図９に示す全面観察領域Ｒ５とを比較すると、全面観察領域Ｒ５が拡大しており、観察者が広い領域で画像を観察することができるという点で有利である。
また、フレネルレンズ１０２の焦点距離により、一部観察領域の範囲及び全面観察領域の範囲（例えば出射角度φ）をコントロールすることができる。
【００５１】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施の形態の立体画像表示装置について説明する。
図１０は第３の実施の形態の立体画像表示装置の構成を示す平面図である。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、上述した投影画像のシフトの具体例を示す。
【００５２】
［プロジェクタ６１〜６５の構成］
プロジェクタ６１には、空間光変調素子６１Ａと、投射レンズ６１Ｂとが内蔵されている。プロジェクタ６２〜６５についても同様にそれぞれ空間光変調素子と投射レンズとが内蔵されている。
投射レンズ６１Ｂ，６２Ｂ，６３Ｂ，６４Ｂ，６５Ｂは、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交するように配設されている。
【００５３】
空間光変調素子６１Ａは、投射レンズ６１Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６１Ａの表示領域の中心が水平方向に偏芯量Ｓ１だけ偏芯（シフト）するように配置されている。空間光変調素子６２Ａは、投射レンズ６２Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６２Ａの表示領域の中心が水平方向に偏芯量Ｓ２だけ偏芯するように配置されている。同様に、空間光変調素子６５Ａは、投射レンズ６５Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６５Ａの表示領域の中心が偏芯量Ｓ１だけ偏芯するように配置されている。投射レンズ６５Ｂに対して空間光変調素子６５Ａがシフトする向きは、投射レンズ６１Ｂに対して空間光変調素子６１Ａがシフトする向きとは反対向きである。同様に、空間光変調素子６４Ａは、投射レンズ６４Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６４Ａの表示領域の中心が偏芯量Ｓ２だけ偏芯するように配置されている。投射レンズ６４Ｂに対して空間光変調素子６４Ａがシフトする向きは、投射レンズ６２Ｂに対して空間光変調素子６２Ａがシフトする向きとは反対向きである。
偏芯量Ｓ１、Ｓ２は、プロジェクタ６１，６２，６４，６５からのそれぞれの投影画像が垂直拡散スクリーン１０で一致するように選択されている。つまり、偏芯量Ｓ１は偏芯量Ｓ２より大きい。
【００５４】
［作用等］
このような構成によれば、プロジェクタ６１の空間光変調素子６１Ａから出射される光は、投射レンズ６１Ｂに対してより水平方向外側から入射するので、垂直拡散スクリーン１０に対する光の入射角をより大きくし、垂直拡散スクリーン１０からの光の出射角をより大きくすることができる。従って、観察者による観察領域をより大きくすることができる。プロジェクタ６５についても同様である。
【００５５】
また、プロジェクタ６２の光軸Ｋの位置は、垂直拡散スクリーン１０の水平方向の外側ではなく内側であるが、投射レンズ６２Ｂに対して水平方向の外側に空間光変調素子６２Ａがシフトされている。このため、空間光変調素子６２Ａから出射された光は、投射レンズ６２Ｂに対してより水平方向の外側から入射するので、垂直拡散スクリーン１０に対する光の入射角を大きくし、垂直拡散スクリーン１０からの光の出射角を大きくすることができる。つまり、プロジェクタ６２は、空間光変調素子６２Ａのシフトにより、プロジェクタ６２の出射光がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。従って、観察者による観察領域をより大きくすることができる。プロジェクタ６４についても同様である。
【００５６】
なお、本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
例えば上記第１〜第３の実施形態では、立体画像表示装置１，１００及び２００が、それぞれ５個のプロジェクタ６１〜６５を備える例を示した。しかし、プロジェクタの数はこれに限定されず、プロジェクタ数を増加させて、プロジェクタから出射される光線数を増やすことで、立体画像の画質を高めてもよい。つまり、プロジェクタ６１〜６５は立体画像における一つの画素に相当するので、投影素子であるプロジェクタの数を可能な限り多くすることで、高画質な立体画像を得ることができる。
【００５７】
上記第１の実施形態などでは、水平方向に配設された複数のプロジェクタ６１〜６５のうち両端のプロジェクタ６１及び６５の光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす位置に配置されている例を示した。しかし、これに限定されず、例えばプロジェクタ６１、６５のそれぞれ水平方向の外側に光軸を一致させてプロジェクタを配設するようにしてもよい。プロジェクタ６１，６５の水平方向外側のプロジェクタから出射される光線は、θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。これにより、より一部観察領域をより大きくすることができる。また、両端のプロジェクタ６１又は６５の光線のうち一方がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす位置に配置されるようにしてもよい。このように、多様な観察領域を実現することができる。
【００５８】
上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、中央以外のプロジェクタ６１，６２，６４，６５からそれぞれ投影される画像が垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａで位置が一致するように、それぞれの投影画像の水平方向での位置がシフトされている例を示した。立体画像表示装置１及び１００がこのようなシフトを実現する構成を備えることが好ましいが、必ずしも備えていなくてもよい。
【００５９】
上記第３の実施形態では、プロジェクタ６１及び６５が垂直拡散スクリーン１０の水平方向外側に配設され、投射レンズ６２Ｂに対して空間光変調素子６２Ａが水平方向に偏芯し、投射レンズ６４Ｂに対して空間光変調素子６４Ａが水平方向に偏芯する例を示した。しかし、両端のプロジェクタ６１及び６５を備えずに、プロジェクタ６２及び６４が両端のプロジェクタになるように複数のプロジェクタを配列するようにしてもよい。このようにしても、プロジェクタ６２及び６４による光線により、観察者による水平方向の観察領域を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ｄ 投影奥行き
Ｋ 光軸
Ｒ１、Ｒ４ 一部観察領域
Ｒ２、Ｒ５ 全面観察領域
Ｓ１、Ｓ２ 偏芯量
Ｗ 垂直拡散スクリーンの幅
θ 入射角度
１、１００、２００ 立体画像表示装置
６１、６２、６３、６４、６５ プロジェクタ
１０、１０１ 垂直拡散スクリーン
１０ａ 光入射面
６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ、６５Ａ 空間光変調素子
６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂ、６５Ｂ 投射レンズ
１０２ フレネルレンズ
１０３ 拡散板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊な眼鏡を着用することなく、立体表示を可能とする立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体映像を表示する装置として、偏光眼鏡などを用いることで、左右の眼に対する視差を生じさせるものが存在する。近年、このような偏光眼鏡などを用いずに、立体表示を可能とする技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のプロジェクタを用いた立体表示装置が開示されている。この立体表示装置は、立体像の表面から出射される光線を複数のプロジェクタにより再生するものである。このような立体表示装置では、例えば水平方向に配設された複数のプロジェクタとスクリーンとを備える。スクリーンは、立体像を再現するために、プロジェクタから投影された光を拡散する。具体的には、スクリーンは、フレネルレンズと拡散層とを有し、この拡散層は、垂直方向に大きな拡散効果を有し水平方向には大きな拡散効果を有さない。
【０００４】
このような立体表示装置は、例えばこれらの複数のプロジェクタから出射される複数の光線により立体像を再現する。このため、特殊な眼鏡を用いずに立体視が可能であり、自然な映像表現に適しているという特徴がある。
【０００５】
また、特許文献２には、プロジェクタより出射されながらもスクリーンに到達しない光をミラーで反射させてスクリーンに到達させることで、観察者が観察することが可能な領域を拡大する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８６１６号公報（段落[００６７]、図５）
【特許文献２】特開２００７−１８７７５４（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した技術では、スクリーンの拡散層は、水平方向には大きな拡散効果を有さないため、プロジェクタから出射された光線は、フレネルレンズに入射し、屈折し、拡散層に入射するが、拡散層では水平方向にはあまり拡散されずに進む。この結果、投射レンズの画角の外側にいる観察者の眼に光が到達せず、観察者がスクリーンの少なくとも一部を観察できる領域である一部観察領域が狭くなる、という問題がある。また、一部観察領域が小さくなることに伴い全面観察領域も小さくなる、という問題がある。全面観察領域とは、スクリーンの全面から観察者の眼に光が到達する領域のことである。
【０００８】
また、特許文献２の技術を用いた場合も、画角の比較的大きな投射レンズを用いない限り、一部観察領域及び全面観察領域を広げることができない。
【０００９】
しかし、広角の投射レンズを得るには、レンズ枚数を増やしたり、大型のレンズを用いたりする必要がある等、個々のプロジェクタの大型化を招くことがある。また、プロジェクタ台数を増やして、光線数を増やすことが高画質の立体像の再生のために必要であるが、個々のプロジェクタの大型化によりプロジェクタの台数を増やすことが困難となり、高画質の立体像の再生することは難しい。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することが可能な立体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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る立体表示装置は、複数のプロジェクタと、スクリーンとを有する。
上記複数のプロジェクタは、入射光を空間光変調する空間光変調素子と前記空間変調素子からの光を投射する投射レンズとをそれぞれ有する。上記スクリーンは、上記プロジェクタから投射された光が入射する光入射面を有し、入射光を水平方向より垂直方向に大きく拡散する。
上記複数のプロジェクタは、上記スクリーンの光入射面から上記光軸方向にそれぞれ等距離の位置に、それぞれの上記投射レンズの光軸方向を上記光入射面に直交する方向に一致させて配設され、上記スクリーンの水平方向の幅をＷ、上記プロジェクタと上記スクリーンとの間の上記光軸方向の間隔である投影奥行きをＤ、水平面における上記プロジェクタからの光線の上記スクリーンへの入射角度をθとしたときに、少なくとも１個の上記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。
【００１１】
本発明では、少なくとも１個の上記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たすように、プロジェクタが配置されているので、少なくとも１個のプロジェクタからの光線のスクリーンに対する入射角度をθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）とすることができ、広角の投射レンズを用いずに観察領域を拡大することができる。
【００１２】
少なくとも１個の上記プロジェクタは、該プロジェクタの投射レンズの光軸が上記スクリーンの上記水平方向外側に位置するように設けられているようにしてもよい。これにより、この少なくとも１個のプロジェクタからの光線のスクリーンに対する入射角度を大きくすることができ、スクリーンで拡散される光の観察領域を拡大することができる。
【００１３】
上記水平方向で両端に配置されたプロジェクタは、それぞれのプロジェクタの投射レンズの光軸が上記スクリーンの上記水平方向外側に位置するように設けられているようにしてもよい。
これにより、水平方向にバランスよく一部観察領域を拡大することができる。
【００１４】
上記スクリーンは、上記光軸方向で上記光入射面側に設けられたフレネルレンズを有するようにしてもよい。
これにより、プロジェクタからの光線をフレネルレンズにより屈折し、この屈折した光線を垂直方向に拡散することができる。つまり、フレネルレンズにより、（全面）観察領域を変更することができる。
【００１５】
θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす光線を投射する上記プロジェクタの上記空間光変調素子は、該空間光変調素子の表示領域の中心が該プロジェクタの投射レンズの光軸に対して水平方向に偏芯するように配置されているようにしてもよい。
これにより、空間光変調素子により変調された光を投射レンズに対して斜めに入射することができ、この結果、観察領域を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、広角の投射レンズを用いずに広い観察領域を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図である。
【図２】図１に示す立体画像表示装置の平面図である。
【図３】図２に示す立体画像表示装置の側面図である。
【図４】立体画像表示装置の垂直拡散スクリーンの水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す図である。
【図５】立体画像表示装置の立体視の原理を説明する模式図である。
【図６】図１に示す立体画像表示装置を用いた一部観察領域を示す平面図である。
【図７】図１に示す立体画像表示装置を用いた全面観察領域を示す平面図である。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置の構成及び一部観察領域を示す平面図である。
【図９】図８に示す立体画像表示装置の構成及び全面観察領域を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施の形態の立体画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図１１】従来の立体画像表示装置の一部観察領域を示す平面図である。
【図１２】従来の立体画像表示装置の全面観察領域を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施の形態＞
［立体画像表示装置の構成］
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図、図２は図１に示す立体画像表示装置の平面図、図３は図２に示す立体画像表示装置の側面図である。
【００２０】
立体画像表示装置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。立体画像表示装置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と、プロジェクタベース４と、スクリーン枠５と、プロジェクタ６１〜６５と、基板７と、側面部８、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。
【００２１】
プロジェクタ６１〜６５は、プロジェクタベース４に水平方向（図１及び図２のＹ方向）に複数配設されている。基板７は、基板保持部３に保持され、プロジェクタ６１〜６５を駆動及び制御する回路が実装されている。側面部８は、プロジェクタ６１〜６５から投射された光が立体画像表示装置１の外部に漏れることを防止すると共に、投射された光を反射する。垂直拡散スクリーン１０は、スクリーン枠５に保持され、プロジェクタ６１〜６５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。
【００２２】
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、撮像位置から計算される画素ごとの変換マトリックスに従って、撮像画像から変換をおこなって投影画像が得られる。これにより得られたそれぞれの投影画像が合成されることで１つの立体画像が生成される。本実施の形態では、その複数のカメラによって撮像された個々の画像からの変換によって得られた投影画像がプロジェクタ６１〜６５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。
【００２３】
［プロジェクタ６１〜６５］
プロジェクタ６１〜６５は、図２及び図３に示すように、垂直拡散スクリーン１０に対してそれぞれ画像（映像）を投影する。プロジェクタ６１〜６５は、投射光の出射面がほぼ一平面（ＹＺ平面）に揃うように水平方向（図１及び図２のＹ方向）にそれぞれ配列されている。また、それぞれのプロジェクタ６１〜６５の垂直拡散スクリーン１０に対する、投射レンズの光軸方向（Ｋ方向）の距離はそれぞれ同一とされている。ここで、投射レンズの光軸方向（Ｋ方向）はＸ方向と同一であり、垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する方向である。そしてプロジェクタ６１〜６５は、図１及び図２に示すように垂直方向（Ｚ方向）において同じ高さ位置に配置されている。
【００２４】
プロジェクタ６１〜６５のうち両端のプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが水平方向（図２に示すＹ方向）において垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように配置されている。
【００２５】
つまり、θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たすように両端のプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５の位置が決められている。ここで、Ｗは、垂直拡散スクリーン１０の水平方向（図２に示すＹ方向）の幅である。Ｄは、プロジェクタ６１〜６５と垂直拡散スクリーン１０との間の光軸方向（Ｘ方向）の間隔である投影奥行きである。より具体的には、Ｄは、垂直拡散スクリーン１０と、プロジェクタ内の投射レンズの中心との間の光軸方向（Ｘ方向）の間隔である。θは、個々のプロジェクタ６１、６５から垂直拡散スクリーン１０への光線の水平面（ＸＹ平面）における入射角度である。
【００２６】
プロジェクタ６１〜６５のうち水平方向中央のプロジェクタ６３の投射レンズの光軸Ｋと垂直拡散スクリーン１０の中心との水平方向での位置は略一致している。これに対して、その他のプロジェクタ６１，６２，６４，６５の投射レンズの光軸Ｋと垂直拡散スクリーン１０の中心との水平方向での位置は一致していない。そこで、これらの中央以外のプロジェクタ６１，６２，６４，６５からそれぞれ投影される画像が垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａで位置が一致するように、それぞれの投影画像の水平方向での位置がシフトされている。この投影画像のシフトについては、後で一例を示す。
【００２７】
プロジェクタ６１〜６５は、それぞれ光源、空間光変調素子、投射レンズ及び照明光学系を内蔵しており、プロジェクタ６１〜６５はそれぞれ独立した投射装置として機能する。但し、空間光変調素子が自ら発光するＥＬ（electroluminescence）素子などの場合は光源及び照明光学系を備えなくてもよい。光源は、例えば白色光を出射する白色光源モジュールであり、具体的には青色ＬＥＤと黄色蛍光体からなる白色発光体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。個々のプロジェクタ６１〜６５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）を備えたＤＬＰ（登録商標 Digital Light Processing）のように、印加画像（映像）信号に従って、画素ごとに光強度変調を行うもの等を用いることもできる。
【００２８】
［垂直拡散スクリーン１０］
垂直拡散スクリーン１０は、プロジェクタ６１〜６５が配設されたＹＺ平面に平行に設けられている。垂直拡散スクリーン１０は、垂直拡散スクリーン１０の水平方向の幅はＷである。垂直拡散スクリーン１０は、プロジェクタ６１〜６５からの入射光を水平方向及び垂直方向にそれぞれ所定の拡散角で拡散する。
【００２９】
図４は垂直拡散スクリーン１０の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す図である。
垂直拡散スクリーン１０は、入射光を水平方向と垂直方向とに異なる所定の拡散角（拡散量）で拡散する。ここで、水平方向と垂直方向それぞれの拡散角は、水平方向の拡散角が垂直方向の拡散角に対して小さい値に設定されている。より具体的には、プロジェクタ６１〜６５からの入射光を水平方向（Ｙ方向）にはあまり拡散せずに（図４（ａ））、垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散する（図４（ｂ））ように、水平方向と垂直方向それぞれの拡散角が決められている。
【００３０】
ここで、図４（ａ）に示すように、垂直拡散スクリーン１０に入射した光線１１は、水平方向（Ｙ方向）にはあまり拡散されない。このため、全てのプロジェクタ６１〜６５のうちの一部のプロジェクタからの投影画像の光線が垂直拡散スクリーン１０を通して観察者の眼に到達する。
【００３１】
一方、図４（ｂ）に示すように、垂直拡散スクリーン１０に入射した光線１１は、垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散する。このため、例えば垂直拡散スクリーン１０の光入射面上部または光入射面下部に投影された光線１１は、垂直拡散スクリーン１０により垂直方向（Ｚ方向）に大きく拡散して垂直拡散スクリーン１０からの光線１３の出射角度が変わり、拡散後の光線１３が観察者の眼に入射する。
【００３２】
図５は立体画像表示装置１の立体視の原理を説明する模式図である。
観察者１６は、プロジェクタ６１〜６５から出射された光を垂直拡散スクリーン１０を通して観察する。具体的には、表示しようとする立体像１５の表面から出射される光線が、観察者１６の左眼１７と、右眼１８に入射すれば、観察者１６は、立体像１５を立体視することができる。図５では、プロジェクタ６２から出射した光は、垂直拡散スクリーン１０ではほぼ直進し、左眼１７に入射し、プロジェクタ６３から出射した光は、垂直拡散スクリーン１０ではほぼ直進し、右眼１８に入射する。このように、表示しようとする立体像１５を、プロジェクタ６１〜６５の光線に対応させることで、裸眼での立体表示を可能とする。
【００３３】
［一部観察領域］
図６は図１に示す立体画像表示装置１を用いた一部観察領域を示す平面図である。
各プロジェクタ６１〜６５からの出射光は、垂直拡散スクリーン１０で垂直方向にそれぞれ拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光として出射される。ここで各プロジェクタ６１〜６５のうち水平方向の一端に配置されたプロジェクタ６１の出射光Ｌ１は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））で垂直拡散スクリーン１０に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ２は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。この出射角度φは、光軸Ｋに対してｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）以下の入射角度で垂直拡散スクリーン１０に入射した光の出射角度に比べて大きくなる。
【００３４】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ３は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））で垂直拡散スクリーン１０に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ４は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度φで出射される。この出射角度φは、光軸Ｋに対してｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）以下の入射角度で垂直拡散スクリーン１０に入射した光の出射角度に比べて大きくなる。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図６において斜線で示す一部観察領域Ｒ１が生成される。
【００３５】
図７は図１に示す立体画像表示装置１を用いた全面観察領域を示す平面図である。
プロジェクタ６１から出射された出射光Ｌ５は、垂直拡散スクリーン１０で水平方向にはあまり拡散されず垂直方向に拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光Ｌ６として出射される。垂直拡散光Ｌ６は、水平方向において垂直拡散光Ｌ５に対してほぼ直進する。
【００３６】
同様に、プロジェクタ６５から出射された出射光Ｌ７は、垂直拡散スクリーン１０で水平方向にはあまり拡散されず垂直方向に拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光Ｌ８として出射される。垂直拡散光Ｌ８は、水平方向において垂直拡散光Ｌ７に対してほぼ直進する。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図７において斜線で示す全面観察領域Ｒ２が生成される。
【００３７】
［作用等］
このように本実施形態によれば、プロジェクタ６１〜６５のうちプロジェクタ６１及びプロジェクタ６５は、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交する光軸方向（図２に示すＸ方向）に平行でありかつ水平方向（図２に示すＹ方向）に垂直拡散スクリーン１０の外側に位置するように設けられている。つまり、プロジェクタ６１及びプロジェクタ６５からの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。このため、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ１が垂直拡散スクリーン１０に入射する入射角度θをｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）より大きくし、光軸Ｋに対する垂直拡散光Ｌ２の出射角度φを大きくすることができる。この結果、広角の投射レンズを用いることなく、立体画像表示装置１の一部観察領域Ｒ１を拡大することができる。
【００３８】
図１１は従来の立体画像表示装置の一部観察領域を示す平面図である。
図１１に示すように従来の立体画像表示装置３００は、複数のプロジェクタ３０１，３０２及び３０３と、これらのプロジェクタ３０１〜３０３からの入射光を垂直拡散する垂直拡散スクリーン３０４とを備える。プロジェクタ３０１及び３０３は、それぞれの光軸が垂直拡散スクリーン３０４の水平方向の外側に位置するように設けられていない。
【００３９】
垂直拡散スクリーン３０４は、フレネルレンズ３０５と拡散層３０６とを備える。この拡散層３０６は、垂直方向に大きな拡散効果を有し水平方向にはあまり拡散効果を有さない。このため、プロジェクタ３０１〜３０３から出射された光線は、フレネルレンズ３０５に入射し、屈折し、拡散層３０６に入射するが、拡散層３０６では水平方向にはあまり拡散されずに進む。この結果、投射レンズの画角の外側にいる観察者に光が到達せず、一部観察領域Ｒ３が狭くなる。
【００４０】
図１１に斜線で示す一部観察領域Ｒ３と、図６に斜線で示す本実施形態の一部観察領域Ｒ１とを比較すると、一部観察領域Ｒ１が拡大しており、観察者が広い領域で画像を観察できるという点で有利である。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置について説明する。なお、本実施形態以降では、上記第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付しそれらの説明を省略し、異なる箇所を中心的に説明する。
［立体画像表示装置の構成］
図８は本発明に係る第２の実施の形態の立体画像表示装置の構成及び一部観察領域を示し平面図である。
本実施形態の立体画像表示装置１００は、上記第１の実施形態の垂直拡散スクリーン１０の代わりに垂直拡散スクリーン１０１を備える点が異なる。
【００４２】
垂直拡散スクリーン１０１は、フレネルレンズ１０２と、拡散板１０３とを備える。拡散板１０３は、第１の実施形態の垂直拡散スクリーン１０と同様の拡散特性を有する拡散板である。フレネルレンズ１０２は、拡散板１０３のプロジェクタ６１側に積層されている。
【００４３】
［一部観察領域Ｒ４］
各プロジェクタ６１〜６５からの出射光は、フレネルレンズ１０２に入射し、フレネルレンズ１０２で屈折する。 垂直拡散スクリーン１０で垂直方向にそれぞれ拡散され、垂直拡散スクリーン１０から垂直拡散光として出射される。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散されて拡散板１０３から垂直拡散光として出射される。このとき、プロジェクタ６１の出射光Ｌ１は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））でフレネルレンズ１０２に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ１０は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。
【００４４】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ３は、光軸Ｋに対して入射角度θ（＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ））でフレネルレンズ１０２に入射する。このため、垂直拡散光Ｌ１１は、垂直拡散スクリーン１０から出射角度（屈折角度）φで出射される。
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図８において斜線で示す一部観察領域Ｒ４が生成される。
【００４５】
図９は立体画像表示装置１００の全面観察領域を示す平面図である。
［全面観察領域Ｒ５］
プロジェクタ６１から出射された出射光Ｌ５は、フレネルレンズ１０２に入射し、フレネルレンズ１０２で屈折する。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散して拡散板１０３から垂直拡散光Ｌ１２として出射される。このとき、垂直拡散光Ｌ１２の拡散板１０３からの出射角度φが、フレネルレンズ１０２を備えない場合に比べて大きくなる。
【００４６】
同様に、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ７は、フレネルレンズ１０２で屈折する。フレネルレンズ１０２で屈折した光は、拡散板１０３に入射し拡散板１０３により垂直方向に拡散して拡散板１０３から垂直拡散光Ｌ１３として出射される。このとき、垂直拡散光Ｌ１３の拡散板１０３からの出射角度φが、フレネルレンズ１０２を備えない場合に比べて大きくなる。
【００４７】
この結果、プロジェクタ６１〜６５から出射された光線により、図９において斜線で示す全面観察領域Ｒ５が生成される。全面観察領域Ｒ５は、図７に示す全面観察領域Ｒ２に比べて大きい。
【００４８】
［作用等］
このように本実施形態によれば、立体画像表示装置１００の垂直拡散スクリーン１０１が、フレネルレンズ１０２を垂直拡散スクリーン１０１のプロジェクタ６１〜６５側に備えている。このため、プロジェクタ６１〜６５からの出射光をフレネルレンズ１０２により屈折して拡散板１０３に入射させることができる。具体的には、プロジェクタ６１からの出射光Ｌ５をフレネルレンズ１０２により屈折し、拡散板１０３により垂直拡散し、垂直拡散スクリーン１０１からの出射光Ｌ１２の水平方向の出射角度φを大きくすることができる。また、プロジェクタ６５からの出射光Ｌ７をフレネルレンズ１０２により屈折し、拡散板１０３により垂直拡散し、垂直拡散スクリーン１０１からの出射光Ｌ１３の水平方向の出射角度φを大きくすることができる。この結果、図９に斜線で示す全面観察領域Ｒ５を大きくすることができる。つまり、第２の実施形態では、図８に示すように一部観察領域Ｒ４を大きくしつつ図９に示すように全面観察領域Ｒ５を大きくすることができる。
【００４９】
図１２は図１１に示す従来の立体画像表示装置３００の全面観察領域を示す平面図である。
立体画像表示装置３００の垂直拡散スクリーン３０４の全面から観察者に光が到達する領域が、図１２に斜線で示す全面観察領域Ｒ６である。上述したように図１１に示す一部観察領域Ｒ３が小さい場合には、図１２に示す全面観察領域Ｒ６も小さくなる。
【００５０】
図１２に示す全面観察領域Ｒ６と、第２の実施形態の図９に示す全面観察領域Ｒ５とを比較すると、全面観察領域Ｒ５が拡大しており、観察者が広い領域で画像を観察することができるという点で有利である。
また、フレネルレンズ１０２の焦点距離により、一部観察領域の範囲及び全面観察領域の範囲（例えば出射角度φ）をコントロールすることができる。
【００５１】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施の形態の立体画像表示装置について説明する。
図１０は第３の実施の形態の立体画像表示装置の構成を示す平面図である。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、上述した投影画像のシフトの具体例を示す。
【００５２】
［プロジェクタ６１〜６５の構成］
プロジェクタ６１には、空間光変調素子６１Ａと、投射レンズ６１Ｂとが内蔵されている。プロジェクタ６２〜６５についても同様にそれぞれ空間光変調素子と投射レンズとが内蔵されている。
投射レンズ６１Ｂ，６２Ｂ，６３Ｂ，６４Ｂ，６５Ｂは、それぞれの光軸Ｋが垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａに直交するように配設されている。
【００５３】
空間光変調素子６１Ａは、投射レンズ６１Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６１Ａの表示領域の中心が水平方向に偏芯量Ｓ１だけ偏芯（シフト）するように配置されている。空間光変調素子６２Ａは、投射レンズ６２Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６２Ａの表示領域の中心が水平方向に偏芯量Ｓ２だけ偏芯するように配置されている。同様に、空間光変調素子６５Ａは、投射レンズ６５Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６５Ａの表示領域の中心が偏芯量Ｓ１だけ偏芯するように配置されている。投射レンズ６５Ｂに対して空間光変調素子６５Ａがシフトする向きは、投射レンズ６１Ｂに対して空間光変調素子６１Ａがシフトする向きとは反対向きである。同様に、空間光変調素子６４Ａは、投射レンズ６４Ｂの光軸Ｋに対して空間光変調素子６４Ａの表示領域の中心が偏芯量Ｓ２だけ偏芯するように配置されている。投射レンズ６４Ｂに対して空間光変調素子６４Ａがシフトする向きは、投射レンズ６２Ｂに対して空間光変調素子６２Ａがシフトする向きとは反対向きである。
偏芯量Ｓ１、Ｓ２は、プロジェクタ６１，６２，６４，６５からのそれぞれの投影画像が垂直拡散スクリーン１０で一致するように選択されている。つまり、偏芯量Ｓ１は偏芯量Ｓ２より大きい。
【００５４】
［作用等］
このような構成によれば、プロジェクタ６１の空間光変調素子６１Ａから出射される光は、投射レンズ６１Ｂに対してより水平方向外側から入射するので、垂直拡散スクリーン１０に対する光の入射角をより大きくし、垂直拡散スクリーン１０からの光の出射角をより大きくすることができる。従って、観察者による観察領域をより大きくすることができる。プロジェクタ６５についても同様である。
【００５５】
また、プロジェクタ６２の光軸Ｋの位置は、垂直拡散スクリーン１０の水平方向の外側ではなく内側であるが、投射レンズ６２Ｂに対して水平方向の外側に空間光変調素子６２Ａがシフトされている。このため、空間光変調素子６２Ａから出射された光は、投射レンズ６２Ｂに対してより水平方向の外側から入射するので、垂直拡散スクリーン１０に対する光の入射角を大きくし、垂直拡散スクリーン１０からの光の出射角を大きくすることができる。つまり、プロジェクタ６２は、空間光変調素子６２Ａのシフトにより、プロジェクタ６２の出射光がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。従って、観察者による観察領域をより大きくすることができる。プロジェクタ６４についても同様である。
【００５６】
なお、本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
例えば上記第１〜第３の実施形態では、立体画像表示装置１，１００及び２００が、それぞれ５個のプロジェクタ６１〜６５を備える例を示した。しかし、プロジェクタの数はこれに限定されず、プロジェクタ数を増加させて、プロジェクタから出射される光線数を増やすことで、立体画像の画質を高めてもよい。つまり、プロジェクタ６１〜６５は立体画像における一つの画素に相当するので、投影素子であるプロジェクタの数を可能な限り多くすることで、高画質な立体画像を得ることができる。
【００５７】
上記第１の実施形態などでは、水平方向に配設された複数のプロジェクタ６１〜６５のうち両端のプロジェクタ６１及び６５の光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす位置に配置されている例を示した。しかし、これに限定されず、例えばプロジェクタ６１、６５のそれぞれ水平方向の外側に光軸を一致させてプロジェクタを配設するようにしてもよい。プロジェクタ６１，６５の水平方向外側のプロジェクタから出射される光線は、θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす。これにより、より一部観察領域をより大きくすることができる。また、両端のプロジェクタ６１又は６５の光線のうち一方がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす位置に配置されるようにしてもよい。このように、多様な観察領域を実現することができる。
【００５８】
上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、中央以外のプロジェクタ６１，６２，６４，６５からそれぞれ投影される画像が垂直拡散スクリーン１０の光入射面１０ａで位置が一致するように、それぞれの投影画像の水平方向での位置がシフトされている例を示した。立体画像表示装置１及び１００がこのようなシフトを実現する構成を備えることが好ましいが、必ずしも備えていなくてもよい。
【００５９】
上記第３の実施形態では、プロジェクタ６１及び６５が垂直拡散スクリーン１０の水平方向外側に配設され、投射レンズ６２Ｂに対して空間光変調素子６２Ａが水平方向に偏芯し、投射レンズ６４Ｂに対して空間光変調素子６４Ａが水平方向に偏芯する例を示した。しかし、両端のプロジェクタ６１及び６５を備えずに、プロジェクタ６２及び６４が両端のプロジェクタになるように複数のプロジェクタを配列するようにしてもよい。このようにしても、プロジェクタ６２及び６４による光線により、観察者による水平方向の観察領域を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ｄ 投影奥行き
Ｋ 光軸
Ｒ１、Ｒ４ 一部観察領域
Ｒ２、Ｒ５ 全面観察領域
Ｓ１、Ｓ２ 偏芯量
Ｗ 垂直拡散スクリーンの幅
θ 入射角度
１、１００、２００ 立体画像表示装置
６１、６２、６３、６４、６５ プロジェクタ
１０、１０１ 垂直拡散スクリーン
１０ａ 光入射面
６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ、６５Ａ 空間光変調素子
６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ、６４Ｂ、６５Ｂ 投射レンズ
１０２ フレネルレンズ
１０３ 拡散板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を空間光変調する空間光変調素子と前記空間変調素子からの光を投射する投射レンズとをそれぞれ有する複数のプロジェクタと、
前記プロジェクタから投射された光が入射する光入射面を有し、入射光を水平方向より垂直方向に大きく拡散するスクリーンと
を具備し、
前記複数のプロジェクタは、前記スクリーンの光入射面から前記光軸方向にそれぞれ等距離の位置に、それぞれの前記投射レンズの光軸方向を前記光入射面に直交する方向に一致させて配設され、
前記スクリーンの水平方向の幅をＷ、前記プロジェクタと前記スクリーンとの間の前記光軸方向の間隔である投影奥行きをＤ、水平面における前記プロジェクタからの光線の前記スクリーンへの入射角度をθとしたときに、少なくとも１個の前記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす
立体表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の立体表示装置であって、
少なくとも１個の前記プロジェクタは、該プロジェクタの投射レンズの光軸が前記スクリーンの前記水平方向外側に位置するように設けられている
立体表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の立体表示装置であって、
前記水平方向で両端に配置されたプロジェクタは、それぞれのプロジェクタの投射レンズの光軸が前記スクリーンの前記水平方向外側に位置するように設けられている
立体表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の立体表示装置であって、
前記スクリーンは、前記光軸方向で前記光入射面側に設けられたフレネルレンズを有する立体表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の立体表示装置であって、
θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす光線を投射する前記プロジェクタの前記空間光変調素子は、該空間光変調素子の表示領域の中心が該プロジェクタの投射レンズの光軸に対して水平方向に偏芯するように配置されている立体表示装置。
【請求項１】
入射光を空間光変調する空間光変調素子と前記空間変調素子からの光を投射する投射レンズとをそれぞれ有する複数のプロジェクタと、
前記プロジェクタから投射された光が入射する光入射面を有し、入射光を水平方向より垂直方向に大きく拡散するスクリーンと
を具備し、
前記複数のプロジェクタは、前記スクリーンの光入射面から前記光軸方向にそれぞれ等距離の位置に、それぞれの前記投射レンズの光軸方向を前記光入射面に直交する方向に一致させて配設され、
前記スクリーンの水平方向の幅をＷ、前記プロジェクタと前記スクリーンとの間の前記光軸方向の間隔である投影奥行きをＤ、水平面における前記プロジェクタからの光線の前記スクリーンへの入射角度をθとしたときに、少なくとも１個の前記プロジェクタからの光線がθ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす
立体表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の立体表示装置であって、
少なくとも１個の前記プロジェクタは、該プロジェクタの投射レンズの光軸が前記スクリーンの前記水平方向外側に位置するように設けられている
立体表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の立体表示装置であって、
前記水平方向で両端に配置されたプロジェクタは、それぞれのプロジェクタの投射レンズの光軸が前記スクリーンの前記水平方向外側に位置するように設けられている
立体表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の立体表示装置であって、
前記スクリーンは、前記光軸方向で前記光入射面側に設けられたフレネルレンズを有する立体表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の立体表示装置であって、
θ＞ｔａｎ−１（Ｗ／Ｄ）を満たす光線を投射する前記プロジェクタの前記空間光変調素子は、該空間光変調素子の表示領域の中心が該プロジェクタの投射レンズの光軸に対して水平方向に偏芯するように配置されている立体表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２７１５０５（Ｐ２０１０−２７１５０５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２２６３５（Ｐ２００９−１２２６３５）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【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１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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