(57)【要約】【課題】再生光線の本数を従来よりも増やして立体映像を表示することが可能な立体映像表示装置を提供する。【解決手段】立体映像表示装置１は、時間分割で異なる視点の多視点映像を表示する多視点映像表示装置１０と、多視点映像表示装置１０が表示する多視点映像を時間分割で水平偏光と垂直偏光とに偏光状態を切り替える偏光切替素子２０と、偏光状態が切り替えられた多視点映像の各視点映像の光軸を、偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせる光軸シフト光学系４０と、光軸シフト光学系４０から出射される視点映像を背面から重畳照射されることで、立体映像を表示する立体表示光学系５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
異なる視点映像を表示する複数の映像表示装置を並べて配置し、多視点映像を表示する多視点映像表示装置と、
前記多視点映像表示装置が表示する多視点映像を時間分割で水平偏光と垂直偏光とに偏光状態を切り替える偏光切替手段と、
前記偏光切替手段で偏光状態が切り替えられた多視点映像の各視点映像の光軸を、前記偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせる前記視点映像に対応した光軸シフト光学系と、
前記光軸シフト光学系から出射される視点映像を背面から重畳照射されることで、前記立体映像を表示する立体表示光学系と、を備え、
前記多視点映像表示装置は、前記光軸のシフト量に応じた視点位置の異なる多視点映像を、時間分割で切り替えて表示することを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記多視点映像表示装置は、前記映像表示装置を、水平方向に配列して構成したことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
前記多視点映像表示装置は、前記映像表示装置を、水平方向および垂直方向に配列して構成したことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項４】
立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
複数の視点映像である多視点映像を１つの映像として表示する多視点映像表示装置と、
前記多視点映像表示装置が表示する多視点映像を時間分割で水平偏光と垂直偏光とに偏光状態を切り替える偏光切替手段と、
前記偏光切替手段で偏光状態が切り替えられた多視点映像を個別の視点映像に分離する視点映像分離光学系と、
前記視点映像分離光学系で分離された各視点映像の光軸を、前記偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせる前記視点映像に対応した光軸シフト光学系と、
前記光軸シフト光学系から出射される視点映像を背面から重畳照射されることで、前記立体映像を表示する立体表示光学系と、を備え、
前記多視点映像表示装置は、前記光軸のシフト量に応じた視点位置の異なる多視点映像を、時間分割で切り替えて表示することを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項５】
前記多視点映像は水平方向に視差を有する視点映像で構成され、
前記光軸シフト光学系は、一方の偏光状態である視点映像の光軸と、水平方向に隣接する前記一方の偏光状態である視点映像の光軸との中間位置に、他方の偏光状態である視点映像の光軸をシフトさせることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項６】
前記多視点映像は水平方向および垂直方向に視差を有する視点映像で構成され、
前記光軸シフト光学系は、一方の偏光状態である視点映像の光軸と、水平方向または斜め方向に隣接する前記一方の偏光状態である視点映像の光軸との中間位置に、他方の偏光状態である視点映像の光軸をシフトさせることを特徴とする請求項１、請求項３または請求項４のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項７】
前記光軸シフト光学系は、
一方の偏光状態の視点映像を前記立体表示光学系方向に透過し、他方の偏光状態の視点映像を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから予め定めた光軸のシフト量だけ離間して、前記偏光ビームスプリッタで反射された視点映像を前記立体表示光学系方向に反射するミラーと、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項８】
前記光軸シフト光学系は、
前記視点映像を前記立体表示光学系方向に透過するとともに反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過する視点映像のうちで、一方の偏光状態の視点映像のみを前記立体表示光学系方向に透過させる第１の偏光子と、
前記ビームスプリッタから予め定めた光軸のシフト量だけ離間して、前記ビームスプリッタで反射された視点映像を前記立体表示光学系方向に反射するミラーと、
前記ミラーで反射された視点映像のうちで、他方の偏光状態の視点映像のみを前記立体表示光学系方向に透過させる第２の偏光子と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項９】
前記光軸シフト光学系から出射される水平偏光および垂直偏光を、それぞれ異なる左右の円偏光に変換する１／４波長板をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を表示する立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄメガネを用いた二眼式をはじめとして、多様な立体映像表示方法が提案されている。特に、光学的な立体映像を再現する光線再生型の立体映像表示方法は、特別なメガネを用いずに、滑らかな運動視差を有する立体映像を表示できるという利点がある。しかし、この方法では、多方向に光線を再生するため、非常に多くの映像情報が必要になる。
そこで、従来、複数台の映像表示装置（プロジェクタ等）を用いた立体映像表示方法が提案されている（特許文献１，非特許文献１，２参照）。
これら従来の立体映像表示方法では、複数台の映像表示装置から、水平方向に視差を有する映像をスクリーンに対して背面投射し、視点方向に応じた光線群を再生する。
このように、従来の立体映像表示方法は、映像表示装置の台数を増やすことで再生光線の本数を増やし、立体映像の視域や奥行き再現範囲などの表示特性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−６２２９５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Tibor Balogh, Tamas Forgacs, Tibor Agocs, Olivier Balet, Eric Bouvier, Fabio Bettio, Enrico Gobbetti and Gianluigi Zanetti, “A Scalable Hardware and Software System for the Holographic Display of Interactive Graphics Applications”, Eurographics Short Papers Proc., pp.109-112, 2005
【非特許文献２】Masahiro Kawakita, Shoichro Iwasawa, Roberto Lopez-Gulliver, Naomi Inoue, “Glasses-free large-screen three-dimensional display and super multiview camera for highly realistic communication”, Optics Engineering, Vol.57, ,No.6, June, 2018
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の立体映像表示方法は、再生光線の本数を増やすことで、表示特性を向上させることは可能である。
しかし、従来の方法で再生光線の本数を増やすためには、多くの台数の映像表示装置が必要になり、装置が大型化するという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、映像表示装置の台数に対する再生光線の本数を従来よりも増やして立体映像を表示することが可能な立体映像表示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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、異なる視点映像を表示する複数の映像表示装置で構成された多視点映像表示装置と、偏光切替手段と、光軸シフト光学系と、立体表示光学系と、を備える構成とした。
【０００７】
かかる構成において、立体映像表示装置は、多視点映像表示装置によって、異なる複数の視点映像である多視点映像を表示する。
また、立体映像表示装置は、偏光切替手段によって、多視点映像表示装置が表示する多視点映像を時間分割で水平偏光と垂直偏光とに偏光状態を切り替える。
【０００８】
そして、立体映像表示装置は、それぞれの視点映像に対応した光軸シフト光学系によって、偏光切替手段で偏光状態が切り替えられた多視点映像の各視点映像の光軸を、偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせる。これによって、１台の映像表示装置が表示する視点映像の視点位置を時系列でずらすことができ、予め時系列で２箇所の視点位置の異なる視点映像を準備することで、１台の映像表示装置が異なる２箇所の視点映像を時系列に表示することができる。
そして、立体映像表示装置は、立体表示光学系に、光軸シフト光学系から出射される視点映像を背面から重畳照射することで立体映像を表示する。
これによって、立体映像表示装置は、映像表示装置を増やすことなく、多視点映像の視点数を倍に増やすことができる。
【０００９】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る立体映像表示装置は、立体映像を表示する立体映像表示装置であって、多視点映像を１つの映像として表示する多視点映像表示装置と、偏光切替手段と、視点映像分離光学系と、光軸シフト光学系と、立体表示光学系と、を備える構成とした。
【００１０】
かかる構成において、立体映像表示装置は、多視点映像表示装置によって、異なる複数の視点映像である多視点映像を１つの映像として表示する。
また、立体映像表示装置は、偏光切替手段によって、多視点映像表示装置が表示する多視点映像を時間分割で水平偏光と垂直偏光とに偏光状態を切り替える。
また、立体映像表示装置は、視点映像分離光学系によって、偏光切替手段で偏光状態が切り替えられた多視点映像を個別の視点映像に分離する。
【００１１】
そして、立体映像表示装置は、それぞれの映像に対応した光軸シフト光学系によって、視点映像分離光学系で分離された各視点映像の光軸を、偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせる。これによって、多視点映像表示装置が表示する多視点映像の個々の視点映像の視点位置を時系列でずらすことができ、予め時系列で視点位置の異なる視点映像を準備することで、異なる視点映像を時系列に表示することができる。
そして、立体映像表示装置は、立体表示光学系に、光軸シフト光学系から出射される視点映像を背面から重畳照射することで立体映像を表示する。
これによって、立体映像表示装置は、１台の多視点映像表示装置で表示する視点映像の視点数を倍に増やすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、映像表示装置の台数に対する再生光線の本数を従来の倍に増加させることができる。
これによって、本発明は、再生光線数を高密度化して立体映像を高精細化するとともに、広い奥行き再現範囲の立体映像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置が表示する多視点映像の例を示す図である。
【図３】光軸シフト光学系の構成を示す構成図である。
【図４】偏光方向が水平の場合の多視点映像の映像光を説明するための立体映像表示装置の上面図である。
【図５】偏光方向が垂直の場合の多視点映像の映像光を説明するための立体映像表示装置の上面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置における多視点映像表示装置と光軸との関係を説明するための図で、（ａ）は多視点映像表示装置の正面図、（ｂ）は（ａ）に対応する光軸位置を示す。
【図７】光軸シフト光学系の変形例を示す構成図であって、（ａ）はビームスプリッタと偏光子を用いた構成、（ｂ）は光路長を揃えた構成を示す。
【図８】多視点映像表示装置を二列に配置した場合の多視点映像表示装置と光軸との関係を説明するための図で、（ａ）は多視点映像表示装置の正面図、（ｂ）は（ａ）に対応する光軸位置を示す。
【図９】本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置の概要を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置が表示する多視点映像の例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置における多視点映像表示装置と光軸との関係を説明するための図で、（ａ）は多視点映像表示装置の正面図、（ｂ）は（ａ）に対応する光軸位置を示す。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置における多視点映像表示装置と光軸との関係を説明するための図で、（ａ）は光軸シフト光学系を斜めに配置した多視点映像表示装置の正面図、（ｂ）は（ａ）に対応する光軸位置を示す。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置の概要を示す上面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置の光軸シフト光学系の配置位置を説明するための図であって、（ａ）は光軸シフト光学系をコンデンサレンズの前段に配置した図、（ｂ）は光軸シフト光学系をコンデンサレンズの後段に配置した図である。
【図１６】偏光を右円偏光と左偏光とする１／４波長板の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
〔立体映像表示装置の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置１の構成について説明する。
【００１５】
立体映像表示装置１は、水平方向に視差を有する立体映像を表示するものである。
図１に示すように、立体映像表示装置１は、多視点映像表示装置１０と、偏光切替手段となる偏光切替素子２０および偏光切替部３０と、光軸シフト光学系４０と、立体表示光学系５０と、を備える。
【００１６】
多視点映像表示装置１０は、水平方向の異なる視点位置の映像（多視点映像）を表示するものである。
多視点映像表示装置１０は、それぞれの視点映像を表示する映像表示装置として、複数のプロジェクタ１１で構成される。なお、多視点映像表示装置１０は、必ずしもプロジェクタ１１で構成する必要はなく、例えば、フラットパネルディスプレイ等で構成してもよい。また、ここで、プロジェクタ１１を５台図示しているが、この数は５台に限定されない。
この多視点映像表示装置１０を構成する複数のプロジェクタ１１は、フレーム同期により、同一時刻（タイムコード）のフレームを表示する。また、プロジェクタ１１は、後記する立体表示光学系５０全体に視点映像を照射するように予め光軸が設定されている。
【００１７】
ここで、図２を参照して、多視点映像表示装置１０が表示する多視点映像について説明する。
図２に示すように、多視点映像Ｇは、水平方向の異なる視点で撮影した視点映像Ｉ１〜Ｉ５等である。なお、多視点映像Ｇは、奇数フレームと偶数フレームとで、異なる視点映像で構成される。
例えば、図２の例では、５視点の視点映像Ｉ１〜Ｉ５を奇数フレームとし、視点映像Ｉ１〜Ｉ５に対する中間視点の５視点の視点映像Ｉ０１〜Ｉ４５を偶数フレームとする。ここで、視点映像Ｉ４５は、視点映像Ｉ４と視点映像Ｉ５との中間の視点映像を示す。また、視点映像Ｉ０１は、視点映像Ｉ１の視点からさらに左方向にずれた視点映像を示す。
そして、１台のプロジェクタ１１は、フレームごとに、視点位置のずれた視点映像を表示する。例えば、奇数フレームで視点映像Ｉ１を表示するプロジェクタ１１は、偶数フレームで視点映像Ｉ０１を表示する。
これによって、多視点映像表示装置１０は、構成するプロジェクタ１１の倍の数の視点位置の視点映像を時系列で表示することができる。
図１に戻って、立体映像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００１８】
偏光切替素子（偏光切替手段）２０は、多視点映像表示装置１０が表示する多視点映像の偏光を切り替えるものである。
偏光切替素子２０は、プロジェクタ１１の前面に配置され、プロジェクタ１１が出射する光の偏光を、偏光切替部３０の制御により、水平偏光または垂直偏光に切り替える。
偏光切替素子２０には、例えば、強誘電性液晶を用いることができる。
この偏光切替素子２０は、偏光切替部３０の電圧制御によって、平常時は入射光の水平成分（水平偏光）のみを通過させ、電圧印加時は入射光の垂直成分（垂直偏光）のみを通過させる。
偏光切替素子２０によって偏光された光は、光軸シフト光学系４０に照射される。
【００１９】
偏光切替部（偏光切替手段）３０は、多視点映像表示装置１０が表示する映像のフレームに同期して、時間分割で偏光切替素子２０の偏光状態を切り替える制御を行うものである。
例えば、偏光切替部３０は、奇数フレームでは偏光切替素子２０への電圧の印加を行わず、偶数フレームにおいて偏光切替素子２０への電圧の印加を行う。なお、偏光切替部３０は、垂直ブランキング期間で偏光の切り替え制御を行う。
これによって、偏光切替部３０は、偏光切替素子２０を通過する偏光を、フレームごとに、水平偏光または垂直偏光に切り替えることができる。
【００２０】
光軸シフト光学系４０は、プロジェクタ１１ごとに配置され、偏光切替素子２０を介して入射される多視点映像表示装置１０の映像光の光軸を、偏光状態に応じて予め定めた位置にシフトさせるものである。
ここでは、光軸シフト光学系４０は、入射される映像光が水平偏光であれば、光軸を変えずにそのまま立体表示光学系５０に照射し、映像光が垂直偏光であれば、光軸をずらして立体表示光学系５０に照射する。
【００２１】
ここで、図３を参照（適宜図１参照）して、光軸シフト光学系４０の構成例について説明する。
図３は、光軸シフト光学系４０の上面図である。図３に示すように、光軸シフト光学系４０は、偏光ビームスプリッタ４１と、ミラー４２と、を備える。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）４１は、偏光切替素子２０を介して照射される映像光を偏光成分に応じて分離するものである。
偏光ビームスプリッタ４１は、光路上の偏光切替素子２０の後段で、プロジェクタ１１の光軸上に配置される。そして、偏光ビームスプリッタ４１は、入射される映像光が水平偏光である場合、その映像光を透過させ、立体表示光学系５０に照射する。また、偏光ビームスプリッタ４１は、入射される映像光が垂直偏光である場合、その映像光を反射させてミラー４２に照射する。
【００２３】
ミラー４２は、偏光ビームスプリッタ４１で反射された映像光（垂直偏光）を反射するものである。ミラー４２は、反射した映像光を立体表示光学系５０に照射する。
なお、ミラー４２は、プロジェクタ１１の光軸がプロジェクタ１１の設置間隔の半分だけ水平方向にずれるように、偏光ビームスプリッタ４１から離間して配置される。
これによって、光軸シフト光学系４０は、水平偏光である奇数フレームの映像光については、そのまま透過して立体表示光学系５０に照射する。また、光軸シフト光学系４０は、垂直偏光である偶数フレームの映像光については、プロジェクタ１１の設置間隔の半分だけ水平方向に光軸をずらして、立体表示光学系５０に照射する。
【００２４】
ここで、図４，図５を参照して、光軸シフト光学系４０で偏光状態に応じた映像光の照射について説明する。図４，図５は、立体映像表示装置１の上面図である。図４，図５は、一定間隔ｄだけ離間して水平方向に配置された多視点映像表示装置１０（プロジェクタ１１）が、距離Ｌだけ離れた立体表示光学系５０に多視点映像Ｇを照射する映像光を実線で示している。
【００２５】
図４に示すように、偏光切替素子２０で偏光状態を水平偏光（偏光方向が水平）とされた映像光（多視点映像Ｇ）は、光軸シフト光学系４０において、そのまま透過して、立体表示光学系５０全体に照射される。
この場合、図２で説明した多視点映像（視点映像Ｉ１〜Ｉ５）が、立体表示光学系５０に照射される。
【００２６】
また、図５に示すように、偏光切替素子２０で偏光状態を垂直偏光（偏光方向が垂直）とされた映像光（多視点映像Ｇ）は、光軸シフト光学系４０において、光軸が水平方向にｄ／２だけずれて、立体表示光学系５０全体に照射される。
この場合、図２で説明した多視点映像（視点映像Ｉ０１〜Ｉ４５）が、立体表示光学系５０に照射される。
図１に戻って、立体映像表示装置１の構成について説明を続ける。
【００２７】
立体表示光学系５０は、多視点映像表示装置１０が照射する複数の視点映像（多視点映像）を重畳して背面照射されることで、立体映像を表示するものである。
立体表示光学系５０は、光方向制御レンズ５１と、拡散板５２と、を備える。
【００２８】
光方向制御レンズ５１は、多視点映像表示装置１０が照射する映像光の方向を変化させ、立体映像の視域を制御するものである。この光方向制御レンズ５１は、凹凸の各種レンズ、フレネルレンズ等を用いることができる。
拡散板５２は、入射された映像光を拡散するものである。
この拡散板５２は、垂直方向に広拡散性、水平方向に狭拡散性を有し、離散的な入射光線を拡散することで光線間を補間する。例えば、水平方向の拡散角θは１°程度とする。  その場合、プロジェクタ１１と立体表示光学系５０との距離Ｌと、プロジェクタ１１の間隔ｄ（図４，図５参照）は、水平の拡散角をθとして、以下の式（１）を満たすように、設計することができる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
以上説明したように立体映像表示装置１を構成することで、立体映像表示装置１は、水平方向に視差を有する立体映像を表示することができる。また、立体映像表示装置１は、多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１の台数の倍の視点映像を表示することができ、装置全体を大型化することなく、立体映像の表示特性を向上させることができる。
【００３１】
ここで、図６を参照して、立体映像表示装置１が、装置全体を大型化することなく、視点映像を増やす効果を模式的に説明する。
図６（ａ）は、多視点映像表示装置１０を観察者側から見た正面図である。ここでは、仮想的な２次元座標（ｘ，ｙ）上に、多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１を間隔ｄで５台配置している。
図６（ｂ）は、図６（ａ）で配置した多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１の光軸ＡＯと、光軸シフト光学系４０でシフトした光軸ＡＳとを、図６（ａ）と同じ２次元座標（ｘ，ｙ）上に配置した図である。
従来、プロジェクタ１１を水平に５台配置した場合、５つの視点映像しか表示できなかった。しかし、立体映像表示装置１は、光軸シフト光学系４０によって、フレームごとに光軸をシフトして表示するため、光軸ＡＯと光軸ＡＳとの間隔をｄ／２として、装置全体を大型化することなく、プロジェクタ１１に対して倍の視点映像を表示することができる。
【００３２】
以上、本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置１の構成について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
図３で説明した光軸シフト光学系４０は、偏光状態に応じて光軸をシフトさせる構成であれば、この構成に限定されない。
【００３３】
例えば、図７（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタ４１（図３）の代わりに、入射光を単に分離するビームスプリッタ（ハーフミラー）４１Ｂを備え、ビームスプリッタ４１Ｂで透過する光路上と、ミラー３２で反射される光路上とに、それぞれ偏光子４３（４３Ａ，４３Ｂ）を備える光軸シフト光学系４０Ｂとしてもよい。
偏光子４３は、特定の方向のみに振動する光だけを透過する光学素子である。ここで、偏光子４３Ａは、ビームスプリッタ４１Ｂを透過する水平偏光／垂直偏光のうちで、水平偏光の光のみを透過させる。また、偏光子４３Ｂは、偏光子４３Ａを９０°回転させたもので、ミラー３２で反射された水平偏光／垂直偏光のうちで、垂直偏光の光のみを透過させる。
このように、偏光ビームスプリッタよりも大型化が可能なビームスプリッタ（ハーフミラー）を用いることで、大画面の立体映像を表示することが可能になる。
【００３４】
また、図７（ｂ）に示すように、光軸シフト光学系４０Ｂのビームスプリッタ４１Ｂの後段に２つのミラー４２Ａ，４２Ｂを備える光軸シフト光学系４０Ｃとしてもよい。
このとき、光軸シフト光学系４０Ｃは、水平偏光と垂直偏光のそれぞれのシフト量ｓを等しくするように構成する。
これによって、水平偏光と垂直偏光との光路長を揃えることができ、観察者に、より鮮明に立体映像を提示することができる。
また、本構成を偏光ビームスプリッタとミラーとを用いて構成してもよい。
【００３５】
また、ここでは、多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１を水平方向に一列で配置する構成とした（図１，図６参照）。
しかし、多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１は、一列に限定されず、複数列配置してもよい。
【００３６】
ここで、図８を参照して、多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１を二列で構成した構成を説明する。
図８（ａ）は、多視点映像表示装置１０を観察者側から見た正面図である。ここでは、仮想的な２次元座標（ｘ，ｙ）上に、５台のプロジェクタ１１の間隔をｄとした多視点映像表示装置１０を、水平方向にｄ′（＝ｄ／２）だけずらして二列に配置している。
図８（ｂ）は、図８（ａ）で配置した多視点映像表示装置１０のプロジェクタ１１の光軸ＡＯと、光軸シフト光学系４０でシフトした光軸ＡＳとを、図８（ａ）と同じ２次元座標（ｘ，ｙ）上に配置した図である。このとき、光軸シフト光学系４０の光軸のシフト量は、ｄ′／２とする。
【００３７】
図８（ａ）のように、プロジェクタ１１を水平方向にずらして二列に配置することで、水平方向の光軸間の距離をｄ′／２（＝ｄ／４）とし、図６（ａ）の一列の場合の倍の視点視像を表示することが可能になる。なお、このように、垂直方向にプロジェクタ１１を配置しても、立体表示光学系５０の拡散板５２（図１参照）は、垂直方向に広拡散性を有しているため、立体映像の視認性に影響はない。
【００３８】
〔立体映像表示装置の動作〕
次に、図９を参照（構成については、適宜図１，図３参照）して、本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置１の動作について説明する。
【００３９】
まず、偏光切替部３０は、多視点映像表示装置１０が表示する多視点映像のフレームが奇数フレームであるか否かを判定する（ステップＳ１）。
ここで、多視点映像のフレームが奇数フレームである場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、偏光切替部３０は、偏光切替素子２０の偏光状態を切り替える（ステップＳ２）。なお、ここでは、偏光切替部３０は、偏光切替素子２０の電圧印加を行わないことで、偏光切替素子２０を、水平偏光のみを通過させる状態に切り替える。
【００４０】
そして、多視点映像表示装置１０は、多視点映像の奇数フレームを表示する（ステップＳ３）。
ステップＳ３で表示された映像光は偏光切替素子２０に照射され、偏光切替素子２０は、水平偏光のみを通過させる（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４で通過した水平偏光は、後段の光軸シフト光学系４０において、そのまま通過する（ステップとして図示せず）。
【００４１】
一方、多視点映像のフレームが偶数フレームである場合（ステップＳ１でＮｏ）、偏光切替部３０は、偏光切替素子２０の偏光状態を切り替える（ステップＳ５）。なお、ここでは、偏光切替部３０は、偏光切替素子２０の電圧印加を行うことで、偏光切替素子２０を、垂直偏光のみを通過させる状態に切り替える。
そして、多視点映像表示装置１０は、多視点映像の偶数フレームを表示する（ステップＳ６）。
【００４２】
ステップＳ６で表示された映像光は偏光切替素子２０に照射され、偏光切替素子２０は、垂直偏光のみを通過させる（ステップＳ７）。
さらに、光軸シフト光学系４０は、ステップＳ７で通過した垂直偏光の光軸をシフトする（ステップＳ８）。これによって、奇数フレームと偶数フレームとで光軸がずれ、異なる視点映像を表示することができる。
【００４３】
そして、立体表示光学系５０は、ステップＳ４で通過した水平偏光の多視点映像、または、ステップＳ５で光軸がシフトされた垂直偏光の多視点映像を交互に重畳表示する（ステップＳ９）。
そして、多視点映像表示装置１０が多視点映像を表示する間（ステップＳ１０でＮｏ）、立体映像表示装置１は、ステップＳ１に戻って動作を継続する。
一方、多視点映像表示装置１０による多視点映像の表示が終了した段階で（ステップＳ１０でＹｅｓ）、立体映像表示装置１は動作を終了する。
【００４４】
以上の動作によって、立体映像表示装置１は、時間分割で多視点映像の光軸をずらすことで、装置全体を大型化することなく、視点方向の数を増やすことができる。
これによって、立体映像表示装置１は、再生光線数を高密度化し、広い奥行き再現範囲の立体映像を表示することができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
〔立体映像表示装置〕
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置１Ｂについて説明する。
立体映像表示装置１Ｂは、水平方向および垂直方向に視差を有する立体映像を表示するものである。
図１０に示すように、立体映像表示装置１Ｂは、多視点映像表示装置１０Ｂと、偏光切替手段となる偏光切替素子２０および偏光切替部３０と、光軸シフト光学系４０と、立体表示光学系５０Ｂと、を備える。
【００４６】
多視点映像表示装置１０Ｂは、水平方向および垂直方向の異なる視点位置の映像（多視点映像）を表示するものである。
多視点映像表示装置１０Ｂが、それぞれの視点映像を表示する映像表示装置は、多視点映像表示装置１０（図１）と同様、複数のプロジェクタ１１、フラットパネルディスプレイ等である。また、多視点映像表示装置１０Ｂは、水平方向および垂直方向の異なる視点位置に応じて２次元状にプロジェクタ１１を配置する。なお、ここでは、水平方向に配置した５台のプロジェクタ１１を垂直方向に重ねて、１０台のプロジェクタ１１で多視点映像表示装置１０Ｂを構成しているが、この数はこれに限定されない。
【００４７】
例えば、多視点映像表示装置１０Ｂは、プロジェクタ１１を、水平方向に５台、垂直方向に４台配置した場合、図１１に示すように、各プロジェクタ１１は、水平方向および垂直方向の異なる視点映像を、多視点映像Ｇとして表示する。
なお、図１１の多視点映像Ｇは、ある時点のフレーム（例えば、奇数フレーム）の映像を示している。これに対して、次時点のフレーム（例えば、偶数フレーム）の映像は、図示を省略するが、多視点映像Ｇに対して、プロジェクタ１１間の水平距離の半分だけ水平方向にずれた視点に対応する映像である。
【００４８】
偏光切替素子２０、偏光切替部３０および光軸シフト光学系４０は、図１で説明した構成と同じであるため、説明を省略する。ただし、偏光切替素子２０および光軸シフト光学系４０は、多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１に対向する位置にプロジェクタ１１と同じ数配置される。
【００４９】
立体表示光学系５０Ｂは、多視点映像表示装置１０Ｂが照射する複数の視点映像（多視点映像）を重畳して背面照射されることで、立体映像を表示するものである。
立体表示光学系５０Ｂは、光方向制御レンズ５１と、拡散板５２Ｂと、を備える。
光方向制御レンズ５１は、図１で説明した構成と同じであるため、説明を省略する。
拡散板５２Ｂは、入射された映像光を拡散するものである。
この拡散板５２Ｂは、多視点映像表示装置１０Ｂが照射する多視点映像が水平方向および垂直方向に視差を有するものであるため、水平方向および水平方向ともに狭拡散性（例えば、拡散角１°程度）を有するものとする。
【００５０】
以上説明したように立体映像表示装置１Ｂを構成することで、立体映像表示装置１Ｂは、水平方向および垂直方向に視差を有する立体映像を表示することができる。また、立体映像表示装置１Ｂは、多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１の台数の倍の視点映像を表示することができ、装置全体を大型化することなく、立体映像の表示特性を向上させることができる。
【００５１】
ここで、図１２を参照して、立体映像表示装置１Ｂが、装置全体を大型化することなく、視点映像を増やす効果を模式的に説明する。
図１２（ａ）は、多視点映像表示装置１０Ｂを観察者側から見た正面図である。ここでは、仮想的な２次元座標（ｘ，ｙ）上に、多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１を水平方向に間隔ｄで５台、垂直方向に４台配置している。なお、各プロジェクタ１１の水平方向および垂直方向の距離の比は、多視点映像の各視点位置の距離の比と同じである。
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）で配置した多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１の光軸ＡＯと、光軸シフト光学系４０でシフトした光軸ＡＳとを、図１２（ａ）と同じ２次元座標（ｘ，ｙ）上に配置した図である。
【００５２】
この場合、図６で説明した理由と同様に、立体映像表示装置１Ｂは、光軸シフト光学系４０によって、フレームごとに光軸を水平方向にシフトして表示するため、光軸ＡＯと光軸ＡＳとの間隔をｄ／２として、装置全体を大型化することなく、プロジェクタ１１に対して倍の視点映像を表示することができる。
【００５３】
なお、光軸シフト光学系４０は、水平方向に光軸をシフトするものに限定されず、斜め方向に光軸をシフトしても構わない。
ここで、図１３を参照して、立体映像表示装置１Ｂの光軸シフト光学系４０において光軸を斜め方向にシフトする例を説明する。
図１３（ａ）は、多視点映像表示装置１０Ｂを観察者側から見た正面図である。ここでは、仮想的な２次元座標（ｘ，ｙ）上に、多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１を水平方向に間隔ｄで５台、垂直方向に４台配置している。ただし、光軸シフト光学系４０は、斜め方向に隣接するプロジェクタ１１の中間位置に光軸をシフトさせる構成としている。この場合、多視点映像は、図１１に示したある時点のフレーム（例えば、奇数フレーム）の映像に対して、次時点のフレーム（例えば、偶数フレーム）の映像は、プロジェクタ１１間の水平距離の半分および垂直距離の半分だけ、それぞれ水平方向および垂直方にずれた視点に対応する映像とする。
【００５４】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）で配置した多視点映像表示装置１０Ｂのプロジェクタ１１の光軸ＡＯと、光軸シフト光学系４０でシフトした光軸ＡＳとを、図１３（ａ）と同じ２次元座標（ｘ，ｙ）上に配置した図である。
この場合、図１２で説明した理由と同様に、立体映像表示装置１Ｂは、光軸ＡＯと光軸ＡＳとの間隔をｄ／２として、装置全体を大型化することなく、プロジェクタ１１に対して倍の視点映像を表示することができる。さらに、光軸を斜め方向にシフトさせることで、水平方向および垂直方向ともに、視点映像を増やすことができる。
なお、立体映像表示装置１Ｂの動作は、多視点映像の視点数が異なるだけで、図９で説明した立体映像表示装置１の動作と同じであるため、説明を省略する。
【００５５】
＜第３実施形態＞
〔立体映像表示装置〕
次に、図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置１Ｃについて説明する。立体映像表示装置１，１Ｂ（図１，図１０参照）では、多視点映像表示装置１０，１０Ｂを、複数の映像表示装置（プロジェクタ１１）で構成した。
しかし、多視点映像を１台の装置で表示する多視点映像表示装置を用いることも可能である。以下、多視点映像表示装置を１台の映像表示装置とした立体映像表示装置１Ｃについて説明する。
【００５６】
図１４に示すように、立体映像表示装置１Ｃは、多視点映像表示装置１０Ｃと、偏光切替手段となる偏光切替素子２０および偏光切替部３０と、光軸シフト光学系４０と、立体表示光学系５０と、視点映像分離光学系６０と、を備える。
【００５７】
多視点映像表示装置１０Ｃおよび視点映像分離光学系６０以外の構成は、立体映像表示装置１，１Ｂ（図１，図１０参照）と同じ構成であるため、説明を省略する。
ただし、偏光切替素子２０は、多視点映像表示装置１０Ｃに対向して１つだけ配置される。また、光軸シフト光学系４０は、多視点映像の視点数に応じた数だけ配置される。
【００５８】
多視点映像表示装置１０Ｃは、水平方向の異なる視点位置の多視点映像、または、水平方向および垂直方向の異なる視点位置の多視点映像を表示するものである。
多視点映像表示装置１０Ｃは、１台の映像表示装置（プロジェクタ、フラットパネルディスプレイ等）で構成される。
この多視点映像表示装置１０Ｃが表示する多視点映像は、図２、図１１で説明した多視点映像である。また、この多視点映像は、奇数フレームと偶数フレームとで、視点位置が異なる映像である。
多視点映像表示装置１０Ｃは、偏光切替素子２０を介して、多視点映像を視点映像分離光学系６０に照射する。すなわち、多視点映像は、フレームごとに水平偏光または垂直偏光に変換されて、視点映像分離光学系６０に照射される。
【００５９】
視点映像分離光学系６０は、多視点映像表示装置１０Ｃから入射される多視点映像を個別の視点映像の分離するものである。
ここでは、視点映像分離光学系６０は、コリメータレンズ６１と、レンズアレイ６２と、コンデンサレンズ６３と、を備える。
【００６０】
コリメータレンズ６１は、多視点映像表示装置１０Ｃから入射される多視点映像を平行光に変換するものである。
レンズアレイ６２は、コリメータレンズ６１で平行光とされた多視点映像の各視点映像を分離し、コンデンサレンズ６３を介して、立体表示光学系５０に照射するものである。このレンズアレイ６２には、凸レンズを複数配列したものを用いればよい。
このレンズアレイ６２は、多視点映像を構成する視点映像の数だけ予め配置する。
【００６１】
なお、多視点映像が、図２に示した水平方向の視点のみが異なる視点映像であれば、レンズアレイ６２の個々のレンズは、水平方向に配列したものを用いる。
また、多視点映像が、図１１に示した水平方向および垂直方向に視点が異なる視点映像であれば、レンズアレイ６２の個々のレンズを水平方向および垂直方向に２次元状に配列したものを用いる。なお、レンズアレイ６２の各レンズの間隔ｄは、多視点映像表示装置１０Ｃが照射し、コリメータレンズ６１を介して出射される各視点映像の距離で予め設定される。
【００６２】
コンデンサレンズ６３は、レンズアレイ６２から出射される映像光を、立体表示光学系５０に導く集光レンズである。このコンデンサレンズ６３は、例えば、レンズアレイ６２の焦点距離付近に配置する。
コンデンサレンズ６３は、レンズアレイ６２の個々のレンズから出射される映像光を、重畳して立体表示光学系５０に照射する。
【００６３】
なお、光軸シフト光学系４０は、光路上、コンデンサレンズ６３の前段にあっても後段にあっても構わない。
例えば、図１５（ａ）に示すように、コンデンサレンズ６３をレンズアレイ６２の焦点距離の後方に配置し、光軸シフト光学系４０を、レンズアレイ６２とコンデンサレンズ６３との間の映像光が集光する位置に配置することができる。この場合、偏光ビームスプリッタ４１を透過した映像光（水平偏光）は、そのままコンデンサレンズ６３に照射される。また、偏光ビームスプリッタ４１で反射された映像光（垂直偏光）は、ミラー４２で反射されて、光軸がシフトした状態でコンデンサレンズ６３に照射される。
【００６４】
また、図１５（ｂ）に示すように、コンデンサレンズ６３をレンズアレイ６２の焦点距離の前方に配置し、光軸シフト光学系４０を、コンデンサレンズ６３と立体表示光学系５０との間の映像光が集光する位置に配置することができる。この場合、コンデンサレンズ６３で集光された映像光が水平偏光であれば、映像光は偏光ビームスプリッタ４１を透過し、立体表示光学系５０に照射される。また、コンデンサレンズ６３で集光された映像光が垂直偏光であれば、映像光は偏光ビームスプリッタ４１とミラー４２とで反射されて、光軸がシフトした状態で立体表示光学系５０に照射される。
以上説明したように、立体映像表示装置１Ｃは、少ない映像表示装置（多視点映像表示装置）で、多視点映像を表示することができ、立体映像の再生光線を高密度化することができる。
【００６５】
また、立体映像表示装置１Ｃは、映像光が集光する位置に光軸シフト光学系４０を配置することで、映像光の照射面積を小さくすることができ、光軸シフト光学系４０を小型化することができる。これによって、立体映像表示装置１Ｃは、装置全体をさらに小型化することができる。
なお、立体映像表示装置１Ｃの動作は、多視点映像を表示する映像表示装置（プロジェクタ等）の台数が異なるだけで、図９で説明した立体映像表示装置１の動作と同じであるため、説明を省略する。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
ここでは、立体映像表示装置１，１Ｂ，１Ｃは、多視点映像の奇数フレームを水平偏光とし、偶数フレームを垂直偏光とすることで、光軸をずらして、多視点映像の視点数を増加させた。
しかし、偏光切替素子２０の電圧制御を逆にしたり、または、平常時を垂直偏光、電圧印加時を水平偏光としたりすることで、多視点映像の奇数フレームを垂直偏光とし、偶数フレームを水平偏光としても構わない。ただし、その場合、多視点映像は、視点位置に対応する光軸に応じて、奇数フレームと偶数フレームとで表示順を逆にする。
【００６７】
また、ここでは、立体映像表示装置１，１Ｂ，１Ｃは、多視点映像を水平偏光または垂直偏光に切り替えて立体表示光学系５０，５０Ｂに照射した。
しかし、立体映像表示装置１，１Ｂ，１Ｃは、多視点映像を、右円偏光または左円偏光に切り替えて立体表示光学系５０，５０Ｂに照射することとしてもよい。
その場合、例えば、図１６に示すように、光軸シフト光学系４０，４０Ｂ，４０Ｃの後段に１／４波長板７０（７０Ａ，７０Ｂ）を備える構成とすればよい。
【００６８】
１／４波長板７０は、入射光に対して１／４波長の位相差を生じさせるものである。
１／４波長板７０Ａは、光学軸を水平方向に対して−４５°傾けて配置することで、水平偏光を右円偏光に変換する。
１／４波長板７０Ｂは、光学軸を垂直方向に対して＋４５°傾けて配置することで、垂直偏光を左円偏光に変換する。
このように、１／４波長板７０を用いることで、立体映像表示装置１，１Ｂ，１Ｃは、フレームごとに右円偏光と左円偏光とに切り替えて多視点映像を立体映像として表示することができる。
これによって、観察者は、偏光レンズを用いたメガネを装着している場合でも、立体映像を観察することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１，１Ｂ，１Ｃ        立体映像表示装置
１０，１０Ｂ，１０Ｃ  多視点映像表示装置
１１    プロジェクタ（映像表示装置）
２０    偏光切替素子（偏光切替手段）
３０    偏光切替部（偏光切替手段）
４０    光軸シフト光学系
４１，４０Ｂ，４０Ｃ    偏光ビームスプリッタ
４１Ｂ  ビームスプリッタ
４２，４２Ａ，４２Ｂ    ミラー
４３，４３Ａ，４３Ｂ    偏光子
５０，５０Ｂ  立体表示光学系
５１    光方向制御レンズ
５２，５２Ｂ  拡散板
６０    視点映像分離光学系
６１    コリメータレンズ
６２    レンズアレイ
６３    コンデンサレンズ
７０，７０Ａ，７０Ｂ    １／４波長板
【図１】
2020024345.tif 000004
【図２】
2020024345.tif 000005
【図３】
2020024345.tif 000006
【図４】
2020024345.tif 000007
【図５】
2020024345.tif 000008
【図６】
2020024345.tif 000009
【図７】
2020024345.tif 000010
【図８】
2020024345.tif 000011
【図９】
2020024345.tif 000012
【図１０】
2020024345.tif 000013
【図１１】
2020024345.tif 000014
【図１２】
2020024345.tif 000015
【図１３】
2020024345.tif 000016
【図１４】
2020024345.tif 000017
【図１５】
2020024345.tif 000018
【図１６】
2020024345.tif 000019