(57)【要約】【課題】立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置を提供する。【解決手段】本発明の立体画像表示装置は、第１画像と第２画像とが同一画面上に並んで配置された画像を形成し、第１画像光と第２画像光とを投射するプロジェクターと、第１画像光および第２画像光の各々を偏向させる光偏向部材と、各画像光を第１方向が第２方向よりも広い拡散角で拡散させるとともに、各画像光を観察位置において集光させるスクリーンと、プロジェクターに供給する映像信号を処理する信号処理装置と、を備える。光偏向部材は、各画像光を、各画像光の中心軸同士がスクリーン上で交わるように偏向させ、スクリーンは、観察位置における各画像光の集光点の間隔が眼間幅となるように、各画像光を集光させる。【選択図】図１
2020003515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の右眼用画像となる第１画像と前記観察者の左眼用画像となる第２画像とが同一画面上に並んで配置された画像を形成し、前記第１画像に対応する第１画像光と前記第２画像に対応する第２画像光とを投射するプロジェクターと、
前記第１画像光および前記第２画像光の各々を偏向させる光偏向部材と、
前記光偏向部材から射出された前記第１画像光および前記第２画像光が投射され、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を第１方向が前記第１方向と交差する第２方向よりも広い拡散角で拡散させるとともに、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を観察位置において集光させるスクリーンと、
前記プロジェクターに供給する映像信号を処理する信号処理装置と、
を備え、
前記光偏向部材は、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を、前記第１画像光の中心軸と前記第２画像光の中心軸とが前記スクリーン上で交わるように偏向させ、
前記スクリーンは、前記観察位置における前記第１画像光の集光点と前記第２画像光の集光点との間隔が眼間幅となるように、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を集光させる、立体画像表示装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記スクリーン上における前記第１画像の投射領域と前記第２画像の投射領域とが一致するように、前記第１画像の歪みおよび前記第２画像の歪みの各々を補正する、請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記光偏向部材は、前記第１画像光を偏向させる第１偏向プリズムと前記第２画像光を偏向させる第２偏向プリズムとを有するプリズム構造体から構成されている、請求項１または請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記プリズム構造体は、前記プロジェクターからの前記第１画像光および前記第２画像光が入射する側に設けられた第１構造体と、前記第１画像光および前記第２画像光が射出される側に設けられた第２構造体と、を有し、
前記第１構造体は、相対的に高い分散を有する硝材から構成され、
前記第２構造体は、相対的に低い分散を有する硝材から構成されている、請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記光偏向部材は、前記第１画像光を偏向させる第１偏向ミラーと前記第２画像光を偏向させる第２偏向ミラーとを有するミラー構造体から構成されている、請求項１または請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記スクリーンは、フレネル面と平面とを有する第１フレネルレンズと、フレネル面と平面とを有する第２フレネルレンズと、を有し、
前記第１フレネルレンズの前記フレネル面と前記第２フレネルレンズの前記フレネル面とは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されている、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記観察者の位置を検出する検出部と、
前記スクリーンを被投射面内で前記第２方向に移動させる駆動部と、
をさらに備え、
前記駆動部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記スクリーンの前記第２方向の位置を調整する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記スクリーン上に形成される投射画像の側方に光を投射する光投射装置をさらに備えた、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
水平方向に互いに離れた位置に設けられた第１撮像装置と第２撮像装置とを有する撮像装置をさらに備え、
前記信号処理装置は、前記第１撮像装置によって撮像された第１撮影像および前記第２撮像装置によって撮像された第２撮影像に基づいて前記映像信号を生成し、前記映像信号を前記プロジェクターに供給する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
第１観察者が存在する第１地点に設けられた第１端末装置と、
第２観察者が存在する第２地点に設けられた第２端末装置と、
前記第１端末装置と前記第２端末装置との間で前記映像信号の通信を行う通信部と、
を備え、
前記第１端末装置および前記第２端末装置の各々は、請求項９に記載の立体画像表示装置で構成され、
前記第１端末装置において生成された第１映像信号が前記第２端末装置に送信されることにより、前記第１端末装置による撮影像が前記第２端末装置において表示され、
前記第２端末装置において生成された第２映像信号が前記第１端末装置に送信されることにより、前記第２端末装置による撮影像が前記第１端末装置において表示される、立体画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像表示装置および立体画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体画像表示装置は、右眼と左眼とに互いに異なる画像を視認させることにより、観察者に立体画像を観察させることができる。観察方法からの分類として、裸眼で観察可能な立体画像表示装置と、専用の眼鏡を装着して観察する立体画像表示装置と、がある。前者の立体表示装置として、多数のプロジェクターを水平方向に配置して多視点を生成するものが知られている。この種の立体画像表示装置では、１台のプロジェクターで１つの視点を生成するために、立体像を表示するには少なくとも２台のプロジェクターが必要であった。ところが、プロジェクター毎のばらつきによって表示する色が異なる、プロジェクターが物理的に分離しているために位置関係の調整が困難である、コストが高くなる、等の課題があった。
【０００３】
これらの課題を解決するために、１台のプロジェクターを備えた立体画像表示装置が提案されている。下記の特許文献１には、投影像を投射する投射部と、投影像を反射する投影用ミラー群と、反射された投影像を投影する指向性スクリーンと、を備えた投射型立体表示装置が開示されている。この投射型立体表示装置では、投射部から投射される複数の視差画像の各々が投影用ミラー群の各ミラーに一致するように投影され、複数の視差画像が指向性スクリーン上で一つになるように投影用ミラーの角度がそれぞれ調整されることにより、複数の視差が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の投射型立体表示装置においては、分割された各ミラーの位置と各視差画像の位置とが一致し、かつ複数の反射像がスクリーン上で重なり合う必要がある。そのため、プロジェクター、ミラー、およびスクリーンの位置関係を厳密に調整することが困難であった。また、分割された各ミラーは、反射面の法線方向が投射部の光軸に対して傾くように配置されるため、投射像は各ミラーによって異なった回転成分を持つ。そのため、投影角度や投影距離の調整だけでは実質的な補正ができず、投射像をスクリーン上で重ね合わせることは困難であった。
【０００６】
また、特許文献１の投射型立体表示装置では、分割された複数のミラーを格子状に配列して多数の視点を得ようとしているが、ミラーの分割によって解像度が低下する。さらに、観察者が静止している際には右眼と左眼とで２枚の画像しか見ないため、観察する立体像が暗くなる。また、像の回転によって表示領域が狭くなり、さらに解像度が低下して暗くなる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置は、観察者の右眼用画像となる第１画像と前記観察者の左眼用画像となる第２画像とが同一画面上に並んで配置された画像を形成し、前記第１画像に対応する第１画像光と前記第２画像に対応する第２画像光とを投射するプロジェクターと、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を偏向させる光偏向部材と、前記光偏向部材から射出された前記第１画像光および前記第２画像光が投射され、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を第１方向が前記第１方向と交差する第２方向よりも広い拡散角で拡散させるとともに、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を観察位置において集光させるスクリーンと、前記プロジェクターに供給する映像信号を処理する信号処理装置と、を備える。前記光偏向部材は、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を、前記第１画像光の中心軸と前記第２画像光の中心軸とが前記スクリーン上で交わるように偏向させ、前記スクリーンは、前記観察位置における前記第１画像光の集光点と前記第２画像光の集光点との間隔が眼間幅となるように、前記第１画像光および前記第２画像光の各々を集光させる。
【０００８】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置において、前記信号処理装置は、前記スクリーン上における前記第１画像の投射領域と前記第２画像の投射領域とが一致するように、前記第１画像の歪みおよび前記第２画像の歪みの各々を補正してもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置において、前記光偏向部材は、前記第１画像光を偏向させる第１偏向プリズムと前記第２画像光を偏向させる第２偏向プリズムとを有するプリズム構造体から構成されていてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置において、前記プリズム構造体は、前記プロジェクターからの前記第１画像光および前記第２画像光が入射する側に設けられた第１構造体と、前記第１画像光および前記第２画像光が射出される側に設けられた第２構造体と、を有し、前記第１構造体は、相対的に高い分散を有する硝材から構成され、前記第２構造体は、相対的に低い分散を有する硝材から構成されていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置において、前記光偏向部材は、前記第１画像光を偏向させる第１偏向ミラーと前記第２画像光を偏向させる第２偏向ミラーとを有するミラー構造体から構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置において、前記スクリーンは、フレネル面と平面とを有する第１フレネルレンズと、フレネル面と平面とを有する第２フレネルレンズと、を有し、前記第１フレネルレンズの前記フレネル面と前記第２フレネルレンズの前記フレネル面とは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置は、前記観察者の位置を検出する検出部と、前記スクリーンを被投射面内で前記第２方向に移動させる駆動部と、をさらに備えていてもよく、前記駆動部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記スクリーンの前記第２方向の位置を調整してもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置は、前記スクリーン上に形成される投射画像の側方に光を投射する光投射装置をさらに備えていてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の立体画像表示装置は、水平方向に互いに離れた位置に設けられた第１撮像装置と第２撮像装置とを含む撮像装置をさらに備えていてもよく、前記信号処理装置は、前記第１撮像装置によって撮像された第１撮影像および前記第２撮像装置によって撮像された第２撮影像に基づいて前記映像信号を生成し、前記映像信号を前記プロジェクターに供給してもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の立体画像表示システムは、第１観察者が存在する第１地点に設けられた第１端末装置と、第２観察者が存在する第２地点に設けられた第２端末装置と、前記第１端末装置と前記第２端末装置との間で前記映像信号の通信を行う通信部と、を備える。前記第１端末装置および前記第２端末装置の各々は、本発明の一つの態様の立体画像表示装置で構成され、前記第１端末装置において生成された第１映像信号が前記第２端末装置に送信されることにより、前記第１端末装置による撮影像が前記第２端末装置において表示され、前記第２端末装置において生成された第２映像信号が前記第１端末装置に送信されることにより、前記第２端末装置による撮影像が前記第１端末装置において表示される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図２】プロジェクターから射出される光の作用を示す図である。
【図３Ａ】光偏向部材の平面図である。
【図３Ｂ】光偏向部材の側面図である。
【図４】信号処理装置による信号処理の流れを示す図である。
【図５】第１画像と第２画像とを合成して一つの画像を生成する方法を示す図である。
【図６】観察者を撮影した画像の一例を示す図である。
【図７】スクリーンの一例を示す側面図である。
【図８】スクリーンを構成するフレネルレンズの正面図である。
【図９】スクリーンを構成する拡散シートの正面図である。
【図１０】スクリーンの拡散角度分布を示す図である。
【図１１Ａ】立体画像表示装置における光の作用を示す平面図である。
【図１１Ｂ】立体画像表示装置における光の作用を示す側面図である。
【図１２Ａ】第１変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１２Ｂ】第２変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１２Ｃ】第３変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１３Ａ】比較例の光偏向部材の作用を示す図である。
【図１３Ｂ】本実施形態の光偏向部材の作用を示す図である。
【図１４】信号処理装置による歪み補正の方法を示す図である。
【図１５】第２実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図１６Ａ】プロジェクターから射出される光の作用を示す平面図である。
【図１６Ｂ】プロジェクターから射出される光の作用を示す側面図である。
【図１７】光偏向部材の斜視図である。
【図１８】信号処理装置による歪み補正の方法を示す図である。
【図１９Ａ】第４変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１９Ｂ】第５変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１９Ｃ】第６変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図１９Ｄ】第７変形例のスクリーンを示す側面図である。
【図２０】第３実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図２１Ａ】スクリーンの一例を示す側面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａと等価なスクリーンを示す側面図である。
【図２１Ｃ】スクリーンの変形例を示す側面図である。
【図２２Ａ】立体画像表示装置における光の作用を示す平面図である。
【図２２Ｂ】立体画像表示装置における光の作用を示す側面図である。
【図２３】第４実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図２４】スクリーンの移動に伴う光の作用を示す平面図である。
【図２５】第５実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図２６】スクリーンの移動に伴う光の作用を示す平面図である。
【図２７】第６実施形態の立体画像表示装置の概略構成図である。
【図２８】立体画像表示装置における光の作用を示す平面図である。
【図２９】マーカーの概略構成図である。
【図３０Ａ】光偏向部材の更なる変形例を示す平面図である。
【図３０Ｂ】光偏向部材の更なる変形例を示す側面図である。
【図３１】第７実施形態の立体画像表示システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１４を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の立体画像表示装置１０の概略構成図である。
図２は、プロジェクター１１から射出される光の作用を示す図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１９】
図１に示すように、第１実施形態の立体画像表示装置１０は、プロジェクター１１と、光偏向部材１２と、スクリーン１３と、撮像装置１４と、信号処理装置１５と、を備える。立体画像表示装置１０は、スクリーン１３の略正面に位置する観察者Ｍを表示する。したがって、スクリーン１３の略正面に位置する観察者Ｍは、自分自身の姿を立体的に視認することができる。第１実施形態のスクリーン１３は、いわゆるリアスクリーンと呼ばれる透過型のスクリーンである。そのため、観察者Ｍの観察位置から見て、プロジェクター１１は、スクリーン１３の裏側に設置されている。
【００２０】
プロジェクター１１は、一般的な構成を有しており、簡単に説明する。
図２に示すように、プロジェクター１１は、光源ランプ１７と、インテグレーター光学系１８と、色分離光学系１９と、３組の液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを有する光変調装置と、色合成プリズム２１と、投射レンズ２２と、筐体２３と、を備える。
【００２１】
光源ランプ１７からの光は、インテグレーター光学系１８により照度分布が均一化され、複数のダイクロックミラーを含む色分離光学系１９により赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の各色光に分離される。Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光は、各色光に対応した液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを照明し、映像信号により各画素の透過率が変化することで各色の画像を生成し、色合成プリズム２１で合成され、投射レンズ２２によってスクリーン１３に投射される。
【００２２】
後述するように、プロジェクター１１は、観察者Ｍの右眼用画像となる第１画像と観察者Ｍの左眼用画像となる第２画像とが同一画面上に並んで配置された画像を形成する画像光ＬＧを投射する。以下、画像光ＬＧのうち、第１画像を形成する光を第１画像光と称し、第２画像を形成する光を第２画像光と称する。
【００２３】
図２に示すように、光偏向部材１２は、プロジェクター１１の光射出側に設けられている。光偏向部材１２は、光偏向部材１２の光軸が投射レンズ２２の光軸と一致して配置され、接続部材２４を介してプロジェクター１１の筐体２３に固定されている。
【００２４】
図３Ａは、光偏向部材１２の平面図である。図３Ｂは、光偏向部材１２の側面図である。
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、光偏向部材１２は、第１画像光を偏向させる第１偏向プリズム２５Ｒと第２画像光を偏向させる第２偏向プリズム２５Ｌとを有するプリズム構造体２５から構成されている。第１偏向プリズム２５Ｒと第２偏向プリズム２５Ｌとは、プリズム構造体２５の光軸２５ｊを挟んで対称な形状を有し、一体化されている。
【００２５】
プリズム構造体２５は、プロジェクター１１からの画像光ＬＧが入射する側に設けられた第１構造体２５ａと、第１画像光および第２画像光の各々が射出される側に設けられた第２構造体２５ｂと、を有している。したがって、第１偏向プリズム２５Ｒおよび第２偏向プリズム２５Ｌの各々は、第１構造体２５ａと第２構造体２５ｂとから構成されている。第１構造体２５ａと第２構造体２５ｂとは、接合されて一体化されている。
【００２６】
第１構造体２５ａは、相対的に高い分散を有する硝材から構成されている。第２構造体２５ｂは、相対的に低い分散を有する硝材から構成されている。第１構造体２５ａを構成する高分散硝材の一例として、フリントガラスが挙げられる。第２構造体２５ｂを構成する低分散硝材の一例として、クラウンガラスが挙げられる。プリズム構造体２５からなる光偏向部材１２は、画像光ＬＧに含まれる第１画像に対応する第１画像光、および第２画像に対応する第２画像光の各々を偏向させる。
【００２７】
図７は、スクリーン１３の一例を示す側面図である。図８は、スクリーン１３を構成するフレネルレンズ２７の正面図である。図９は、スクリーン１３を構成する拡散シート２８の正面図である。
図７に示すように、スクリーン１３は、フレネルレンズ２７と、拡散シート２８と、から構成されている。拡散シート２８は、スクリーン１３の光入射側に配置されている。フレネルレンズ２７は、スクリーン１３の光射出側に配置されている。フレネルレンズ２７は、フレネル面２７ｆと平面２７ｂとを有する。拡散シート２８は、フレネルレンズ２７の平面２７ｂに接合されている。
【００２８】
図８に示すように、フレネルレンズ２７は、凸レンズを同心円状に分割し、傾斜部分のみを残して圧縮し、薄型化した構造を有する。フレネルレンズ２７は、フレネルレンズ２７の法線方向から見て、矩形状に形成されている。
【００２９】
図１０は、スクリーン１３の拡散角度分布を示す図である。図１０において、横軸は光の射出角を示し、縦軸は透過率を示している。符号Ｂｈで示す曲線は水平方向の拡散角度分布を示し、符号Ｂｖで示す曲線は垂直方向の拡散角度分布を示す。
図９に示すように、拡散シート２８は、フレネルレンズ２７と同様に矩形状に形成されたシート状の部材である。図１０に示すように、拡散シート２８は、水平方向には非常に狭く、垂直方向には広い拡散角度分布を備えている。このように、異方的な拡散性を示す手段として、例えば針状のフィラーが垂直方向に沿って配向して分散されたシートが用いられてもよいし、個々のシリンドリカルレンズが垂直方向に配置されたレンチキュラーシートが用いられてもよい。
なお、本実施形態の垂直方向は特許請求の範囲の第１方向に対応し、本実施形態の水平方向は特許請求の範囲の第２方向に対応する。
【００３０】
このような構成により、スクリーン１３においては、投射画像が拡散シート２８に結像されるとともに、拡散シート２８から射出された光線はフレネルレンズ２７によって観察者Ｍの観察位置に集光する。すなわち、スクリーン１３は、光偏向部材１２から射出された第１画像光および第２画像光が投射され、第１画像光および第２画像光の各々を垂直方向が水平方向よりも広い拡散角で拡散させるとともに、第１画像光および第２画像光の各々を観察位置において集光させる。
【００３１】
図１に示すように、撮像装置１４は、水平方向に互いに離れた位置に設けられた第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとを有する。本実施形態の場合、第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとはスクリーン１３の上部に固定されているが、固定場所については特に限定されない。第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとは、同一機種のカメラから構成され、人間の標準的な眼間幅である３０ｍｍ〜１００ｍｍ、例えば６５ｍｍ程度の間隔をおいて配置されている。第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとは、第１撮像装置１４Ａの光軸と第２撮像装置１４Ｂの光軸とがプロジェクター１１の後述する観察距離と同じ距離の地点で交差する向きに設置されている。また、第１撮像装置１４Ａの画角および第２撮像装置１４Ｂの画角は、観察者の視点からスクリーン１３上の投射像を観察する画角と略同じになるように設定されている。
【００３２】
信号処理装置１５は、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂの各々とプロジェクター１１とにケーブル３０を介して接続されている。信号処理装置１５は、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂからの撮像結果を受けて、プロジェクター１１に供給する映像信号を生成し、プロジェクター１１に送信する。信号処理装置１５の動作については後述する。
【００３３】
以下、立体画像表示装置１０における光の作用について説明する。
図２に示すように、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各々に書き込まれた画像は、上下左右が反転してスクリーン１３に投射される。プロジェクター１１の後方から見た場合、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの右半分については、プロジェクター１１の光軸１１ｊよりも左半分の光線として投射される。液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの左半分については、プロジェクター１１の光軸１１ｊよりも右半分の光線として投射される。
【００３４】
プロジェクター１１の光軸１１ｊ上に光偏向部材１２が配置されている。光偏向部材１２（プリズム構造体２５）の偏角は、第１構造体２５ａと第２構造体２５ｂとよって液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの左半分、右半分それぞれの中心付近での色収差が最小の色消しになるように設定されている。
【００３５】
また、光偏向部材１２（プリズム構造体２５）の偏角は、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの右半分の中央付近の点ＲＡ０の像がスクリーン１３の左右の中央の点ＲＡ１として表示されるように設定されている。なお、図２においては、点ＲＡ０を液晶ライトバルブ２０Ｇで代表して図示するが、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｂも同様である。また、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの中央に近い光は、光線ＬＳとして示すように、スクリーン１３の左端に近い位置に表示される。図示を省略するが、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの左半分についても同様である。このようにして、スクリーン１３上には、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの右半分の像と左半分の像とが重畳して表示される。
【００３６】
図４は、信号処理装置１５による信号処理の流れを示す図である。図５は、第１画像と第２画像を合成して一つの画像を生成するモデルを示す図である。図６は、観察者Ｍを実際に撮影した画像の一例を示す図である。
図４に示すように、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂの各々の映像信号は、信号処理装置１５にキャプチャされた後（ステップＳ１）、第１画像および第２画像の各々の中央付近が切り取られる（ステップＳ２）。
【００３７】
ここで、プロジェクター１１のアスペクト比と、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂの各々のアスペクト比と、が等しい場合、図５に示すように、切り取られる領域は、第１撮像装置１４Ａが撮像した第１画像Ｇ１および第２撮像装置１４Ｂが撮像した第２画像Ｇ２の中央付近の水平方向の１／２である。また、プロジェクター１１のアスペクト比と、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂの各々のアスペクト比と、が異なる場合、プロジェクター１１のアスペクト比に対してその半分の比となるように切り取られる。なお、図５は、画像合成の方法を説明するための図であって、第１撮像装置１４Ａおよび第２撮像装置１４Ｂが実際に撮像したイメージを示す訳ではない。
【００３８】
次に、図４に示すように、プロジェクター１１と光偏向部材１２とによる投射歪みを逆に補正するように歪み補正をかける（ステップＳ３）。次に、第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとの同期が一致していない場合、任意のタイミング生成手段によるタイミング生成（ステップＳ５）によりフレーム同期が掛けられ（ステップＳ４）、歪み補正の出力の水平方向、垂直方向のタイミングが揃えられる。
【００３９】
次に、図５に示すように、第１画像Ｇ１の中央部分と第２画像Ｇ２の中央部分とは、左右に並べて１枚の画像Ｇになるように合成される（ステップＳ６）。このようにして生成された映像信号が信号処理装置１５からプロジェクター１１に入力される。
【００４０】
図６は、観察者Ｍを実際に撮影した画像の一例を示す図である。
第１撮像装置１４Ａと第２撮像装置１４Ｂとは水平方向に間隔をおいて配置されているため、図６に示すように、同じ観察者Ｍを撮影しても、第１撮像装置１４Ａが撮像した第１画像Ｇ３と第２撮像装置１４Ｂが撮像した第２画像Ｇ４とは、見る角度が僅かに異なっている。このように第１画像Ｇ３と第２画像Ｇ４とが左右に並んだ画像Ｇ５が液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ上に表示される。上述したように、第１画像Ｇ３と第２画像Ｇ４とは、光偏向部材１２を通ることによってスクリーン１３上において重畳された状態で投射される。
【００４１】
図１１Ａは、立体画像表示装置１０における光の作用を示す平面図である。図１１Ｂは、立体画像表示装置１０における光の作用を示す側面図である。
図１１Ａに示すように、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの左半分に対応する第２画像光ＬＧ２の中心の光線ＬＧ２ｊ（第２画像光ＬＧ２の光軸）は、光偏向部材１２の第２偏向プリズム２５Ｌを通ってスクリーン１３の中心を通り、観察者Ｍの左眼に入射する。
【００４２】
同様に、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの右半分に対応する第１画像光の中心の光線（第１画像光の光軸）は、光偏向部材１２の第１偏向プリズム２５Ｒを通ってスクリーン１３の中心を通り、観察者Ｍの右眼に入射する。なお、図１１Ａでは、図面を見やすくするため、第２画像光ＬＧ２のみを図示し、第１画像光の図示を省略する。
【００４３】
ここで、光偏向部材１２から射出される第１画像光ＬＧ１の光軸ＬＧ１ｊと第２画像光の光軸との間隔をｗとし、眼間幅（右眼と左眼との間隔）をｅとし、光偏向部材１２からスクリーン１３までの距離をｐとし、観察者Ｍの眼（観察位置Ｎ）からスクリーン１３までの観察距離をｂとすると、次の（１）式の関係が成立する。
ｅ／ｗ＝ｂ／ｐ  …（１）
【００４４】
また、光線が眼の位置に集光するようにするためには、スクリーン１３のフレネルレンズ２７の焦点距離をｆとし、プロジェクター１１の投射距離をａとすると、次の（２）式を満足すればよい。
ｆ＝１／（１／ａ＋１／ｂ）  …（２）
【００４５】
（１）式から、ｂ＝ｅｐ／ｗであるから、次の（３）式を満足するように、フレネルレンズ２７の焦点距離ｆを決定すればよい。
ｆ＝１／（ｗ／ｅｐ＋１／ａ）  …（３）
このように、スクリーン１３は、観察者Ｍの観察位置Ｎにおける第１画像光の集光点と第２画像光の集光点との間隔が眼間幅ｅとなるように、第１画像光および第２画像光の各々を集光させる。
なお、投射距離ａは、光偏向部材１２の影響で実際よりも僅かに長くなる。
【００４６】
このようにして、プロジェクター１１の左半分の画像が右眼、右半分の画像が左眼に入射するため、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが図６に示したような視差画像を表示すれば、観察者Ｍは自分自身の立体画像を観察することができる。ここで、図１１Ｂに示すように、垂直方向については、スクリーン１３の拡散シート２８の拡散角が広いため、例えば観察者Ｍが立ったり、座ったりしても、広い範囲において立体画像を観察することができる。
【００４７】
なお、生成される立体画像の奥行き方向の基準点の位置は、光偏向部材１２の偏角を上述したような角度に設定しておき、液晶ライトバルブの左半分、右半分それぞれの水平方向の中心位置であれば、スクリーン１３の位置に一致する。ただし、立体画像の奥行きの位置は、光偏向部材１２の偏角と液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの表示位置によって変化するため、任意に設定すればよい。なお、上記の「基準点」は、例えば図６に示したような人物の画像であれば、鼻先、眼等の画像上の特定の位置のことである。したがって、光偏向部材１２の偏角は、鼻先、眼等の特定の位置がスクリーン１３の位置に一致するように設定されていればよい。
【００４８】
以上説明したように、第１実施形態によれば、各種部材間の複雑な位置調整等の作業を行うことなく、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置１０を提供することができる。また、元の画像光ＬＧを右眼用の第１画像光と左眼用の第２画像光に分割しているのみであり、従来の立体画像表示装置のように、解像度が低下して暗くなる等の問題を改善することができる。
【００４９】
第１実施形態の光偏向部材１２の特有の効果について説明する。
図３Ａに示したように、光偏向部材１２の第１偏向プリズム２５Ｒと第２偏向プリズム２５Ｌとは、光軸２５ｊに対して水平方向に対称に配置されており、かつ、第１偏向プリズム２５Ｒと第２偏向プリズム２５Ｌとの各々が互いに異なる硝材からなる第１構造体２５ａと第２構造体２５ｂとを貼り合わせた構成を有する。これらの各構造体２５ａ，２５ｂの入射面および射出面は平面であるが、光偏向部材１２の全体としては、第１構造体２５ａが凹レンズに類似した形状であり、第２構造体２５ｂが凸レンズに類似した形状である、と考えられる。
【００５０】
また、光偏向部材１２は、プロジェクター１１から射出される第１画像光および第２画像光の各々をプロジェクター１１の光軸１１ｊに近付ける側に屈折させるため、正のパワーを持ったレンズに相当する機能を持つ必要がある。この場合、凸レンズとして機能する第２構造体２５ｂのパワーが凹レンズとして機能する第１構造体２５ａのパワーよりも大きいことと同等になる。したがって、光偏向部材１２の偏角は、第１構造体２５ａよりも第２構造体２５ｂの方が大きくなる。
【００５１】
ここで、凸レンズと凹レンズとの接合によって正のパワーを持つレンズの色収差を低減する場合、凸レンズのパワーが凹レンズのパワーよりも大きいため、凸レンズとして機能する第２構造体２５ｂに低分散低屈折率の硝材を用い、凹レンズとして機能する第１構造体２５ａに高分散高屈折率の硝材を用いることが望ましい。通常、低分散硝材にクラウンガラスが用いられ、高分散硝材にはフリントガラスが用いられる。これにより、光偏向部材１２の色収差を有効に低減することができる。
【００５２】
図１３Ａは、比較例の光偏向部材１１２の作用を示す図である。
図１３Ａに示すように、比較例の光偏向部材１１２として、画像光ＬＧが入射する向きに沿って、低分散硝材からなる第２構造体１１２ｂ、高分散硝材からなる第１構造体１１２ａの順に配置された光偏向部材を想定する。
【００５３】
比較例の光偏向部材１１２において、図１３Ａにおける上側の偏光プリズム１１２ｂ１の光軸１１ｊに近い位置に入射した画像光ＬＧは、光偏向部材１１２の入射面１１２ｉで屈折され、図１３Ａにおける下側の偏光プリズム１１２ｂ２との境界面１１２ｋに向かって進む。この画像光ＬＧは、境界面１１２ｋで反射して意図しない迷光となる。このような画像光ＬＧを防ぐには、光軸１１ｊに近い部分には画像光ＬＧが入射しないよう、プロジェクター１１の液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの中央付近を黒信号とする必要がある。しかし、表示する情報量の観点から、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの有効表示領域をできるだけ広く確保したいため、黒信号の範囲が広いのは好ましくない。
【００５４】
図１３Ｂは、本実施形態の光偏向部材１２の作用を示す図である。
これに対して、図１３Ｂに示すように、本実施形態の光偏向部材１２において、高分散硝材の第１構造体２５ａは凹レンズに相当するため、入射面２５ｉは光軸１１ｊに対して垂直に近く、光軸１１ｊ付近の厚さは薄くなっている。そのため、光軸１１ｊ付近に入射する画像光ＬＧは、光軸１１ｊに近付く方向には屈折しにくく、さらに第１構造体２５ａと第２構造体２５ｂとの境界面２５ｋでは、屈折率が大きい側から小さい側へ入射するために射出角が小さくなり、画像光ＬＧは光軸１１ｊの方向には向かわない。
【００５５】
このような配置によれば、光偏向部材１２の入射面２５ｉにおいて、比較例の配置に比べて光軸１１ｊに近い位置に画像光ＬＧを入射させることができる。その結果、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの中央付近の黒信号の範囲が少なくて済むため、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの有効表示領域を広く使うことができる。
【００５６】
図１４は、信号処理装置１５による歪み補正の方法を示す図である。図１４において、実線Ｈ１で示す図形は、プロジェクター１１の光軸１１ｊより右側の第１画像光について、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの第１画像の投射領域を示している。
【００５７】
プロジェクター１１の光軸１１ｊよりも左側の第２画像光については、図示を省略するが、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの第２画像の投射領域は、第１画像の投射領域Ｈ１を左右反転させた形状となる。スクリーン１３上で第１画像と第２画像とを重畳させた場合、立体画像を表示できる領域は、破線Ｈ２で示した第１画像と第２画像とが重なる領域だけである。したがって、信号処理装置１５は、スクリーン１３上における第１画像の投射領域と第２画像の投射領域とが一致して破線Ｈ２の四角形内に収まるように、第１画像の歪みおよび第２画像の歪みの各々を補正することが望ましい。
【００５８】
図１２Ａは、第１変形例のスクリーン３２を示す側面図である。図１２Ｂは、第２変形例のスクリーン３３を示す側面図である。図１２Ｃは、第３変形例のスクリーン３４を示す側面図である。
図７に示した第１実施形態のスクリーン１３に代えて、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すスクリーン３２，３３，３４が用いられてもよい。
【００５９】
図１２Ａに示すように、第１変形例のスクリーン３２において、拡散シート２８は光入射側に配置され、フレネルレンズ２７は光射出側に配置されている。拡散シート２８は、フレネルレンズ２７のフレネル面２７ｆに接合されている。
【００６０】
図１２Ｂに示すように、第２変形例のスクリーン３３において、拡散シート２８は光射出側に配置され、フレネルレンズ２７は光入射側に配置されている。拡散シート２８は、フレネルレンズ２７のフレネル面２７ｆに接合されている。
【００６１】
図１２Ｃに示すように、第３変形例のスクリーン３４において、拡散シート２８は光射出側に配置され、フレネルレンズ２７は光入射側に配置されている。拡散シート２８は、フレネルレンズ２７の平面２７ｂに接合されている。
【００６２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
第２実施形態の立体画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光偏向部材の形態が第１実施形態と異なる。したがって、第２実施形態では、光偏向部材の構成を中心として説明する。
図１５は、第２実施形態の立体画像表示装置４０の概略構成図である。
本実施形態で用いる図面において、第１実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
図１５に示すように、第２実施形態の立体画像表示装置４０は、プロジェクター１１と、光偏向部材４２と、スクリーン１３と、撮像装置（図示略）と、信号処理装置（図示略）と、を備える。
【００６４】
図１６Ａは、プロジェクター１１から射出される光の作用を示す平面図である。図１６Ｂは、プロジェクター１１から射出される光の作用を示す側面図である。
図１５、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、光偏向部材４２は、プロジェクター１１の光射出側に設けられている。光偏向部材４２は、光偏向部材４２の光軸が投射レンズ２２の光軸と一致して配置され、接続部材２４を介してプロジェクター１１に固定されている。
【００６５】
図１７は、光偏向部材４２の斜視図である。
図１７に示すように、光偏向部材４２は、第１画像光を偏向させる第１偏向ミラー４３Ｒと第２画像光を偏向させる第２偏向ミラー４３Ｌとを有するミラー構造体４３と、平面ミラー４４と、から構成されている。第１偏向ミラー４３Ｒと第２偏向ミラー４３Ｌとは、各々が長方形の形状を有し、プロジェクター１１の後方から見て、第１偏向ミラー４３Ｒと第２偏向ミラー４３Ｌとの互いに接する辺が谷となるように折れ曲がった形状を有している。
【００６６】
図１６Ｂに示すように、ミラー構造体４３は、プロジェクター１１の後方から見て、手前側の端部４３ｉが低く、奥側の端部４３ｏが高くなるように、水平面に対して傾いて設置されている。プロジェクター１１から射出された画像光ＬＧは、ミラー構造体４３で反射することによって光路が上向きに曲げられる。
【００６７】
平面ミラー４４は、ミラー構造体４３で上向きに反射された画像光ＬＧの光路上に設けられている。平面ミラー４４は、プロジェクター１１の後方から見て、手前側の端部４４ａが高く、奥側の端部４４ｂが低くなるように、水平面に対して傾いて設置されている。ミラー構造体４３から射出された画像光ＬＧは、平面ミラー４４で反射することによって光路が折り返され、プロジェクター１１の上方に向かって進み、スクリーン１３に入射する。
【００６８】
立体画像表示装置４０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。このように、第２実施形態の立体画像表示装置４０においては、スクリーン１３に入射する画像光ＬＧの向きがプロジェクター１１から射出された時点の画像光ＬＧの向きとは逆に折り返された形となっている。ところが、プロジェクター１１が配置された面内だけでこの折り返し構成を実現しようとすると、ミラーで反射された画像光の一部がプロジェクターによって遮られ、スクリーンに入射できない。そこで、上述したように、ミラー構造体４３を傾けて配置して反射光を上向きに曲げ、さらに平面ミラー４４を傾けて配置した光偏向部材４２が用いられている。これにより、画像光ＬＧがプロジェクター１１によって遮られることなく、スクリーン１３に入射される。
【００６９】
図１８は、信号処理装置による歪み補正の方法を示す図である。図１８において実線Ｈ３で示す図形は、プロジェクター１１の光軸１１ｊより右側の第１画像光に対応する第１画像の投射領域を示している。
図１８に示すように、第１偏向ミラー４３Ｒおよび第２偏向ミラー４３Ｌの各反射面の法線が、水平軸、鉛直軸の双方に対して傾いているため、第１画像の投射領域Ｈ３は、スクリーン１３に対して回転を伴うような歪みを生じる。
【００７０】
プロジェクター１１の光軸１１ｊより左側の第２画像光に対応する第２画像の投射領域は、図示を省略するが、第１画像の投射領域Ｈ３を左右反転させた形状となる。スクリーン１３上で第１画像と第２画像とを重畳させた場合、立体画像を表示できる領域は、破線Ｈ４で示した第１画像と第２画像とが重なる領域だけである。したがって、信号処理装置は、スクリーン１３上における第１画像の投射領域と第２画像の投射領域とが一致して破線Ｈ４の四角形内に収まるように、第１画像の歪みおよび第２画像の歪みの各々を補正する。
【００７１】
なお、ミラー構造体４３での反射光に迷光を生じさせないように、第１偏向ミラー４３Ｒと第２偏向ミラー４３Ｌとの継ぎ目には光線を入射させない構成とすることが望ましい。そのため、図１８に示すように、光軸より右側の第１画像の補正後の投射領域Ｈ４は補正前の投射領域Ｈ３の左端を少し避けた方がよい。光軸より左側の第２画像については、逆に投射領域の右側を少し避けた方がよい。実際の設定においては、投射領域Ｈ４の中央がスクリーン１３の中央に一致するように、第１偏向ミラー４３Ｒと第２偏向ミラー４３Ｌとの開き角を設定する。
【００７２】
第２実施形態においても、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置４０を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
［スクリーンの変形例］
以下、第１実施形態および第２実施形態で用いた透過型のスクリーンの変形例について説明する。
【００７４】
図１９Ａは、第４変形例のスクリーン４６を示す側面図である。
図１９Ａに示すように、第４変形例のスクリーン４６は、フレネル面５１ｆと平面５１ｂとを有する第１フレネルレンズ５１と、拡散シート５２と、フレネル面５３ｆと平面５３ｂとを有する第２フレネルレンズ５３と、を備えている。第１フレネルレンズ５１は、第１フレネルレンズ５１の平面５１ｂが拡散シート５２の第１面５２ａ（光入射側）に接合されている。第２フレネルレンズ５３は、第２フレネルレンズ５３の平面５３ｂが拡散シート５２の第２面５２ｂ（光射出側）に接合されている。これにより、第１フレネルレンズ５１のフレネル面５１ｆと第２フレネルレンズ５３のフレネル面５３ｆとは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されている。
【００７５】
図１９Ｂは、第５変形例のスクリーン４７を示す側面図である。
図１９Ｂに示すように、第５変形例のスクリーン４７は、フレネル面５１ｆと平面５１ｂとを有する第１フレネルレンズ５１と、拡散シート５２と、フレネル面５３ｆと平面５３ｂとを有する第２フレネルレンズ５３と、を備えている。第１フレネルレンズ５１は、第１フレネルレンズ５１のフレネル面５１ｆが拡散シート５２の第１面５２ａ（光入射側）に接合されている。第２フレネルレンズ５３は、第２フレネルレンズ５３のフレネル面５３ｆが拡散シート５２の第２面５２ｂ（光射出側）に接合されている。これにより、第１フレネルレンズ５１のフレネル面５１ｆと第２フレネルレンズ５３のフレネル面５３ｆとは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されている。
【００７６】
図１９Ｃは、第６変形例のスクリーン４８を示す側面図である。
図１９Ｃに示すように、第６変形例のスクリーン４８は、フレネル面５１ｆと平面５１ｂとを有する第１フレネルレンズ５１と、フレネル面５３ｆと平面５３ｂとを有する第２フレネルレンズ５３と、拡散シート５２と、を備えている。第１フレネルレンズ５１と第２フレネルレンズ５３とは、互いのフレネル面５１ｆ，５３ｆ同士が向き合うように接合されている。拡散シート５２は、第２フレネルレンズ５３の平面５３ｂに接合されている。これにより、第１フレネルレンズ５１のフレネル面５１ｆと第２フレネルレンズ５３のフレネル面５３ｆとは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されている。
【００７７】
図１９Ｄは、第７変形例のスクリーン４９を示す側面図である。
図１９Ｄに示すように、第７変形例のスクリーン４９は、拡散シート５２と、フレネル面５１ｆと平面５１ｂとを有する第１フレネルレンズ５１と、フレネル面５３ｆと平面５３ｂとを有する第２フレネルレンズ５３と、を備えている。第１フレネルレンズ５１と第２フレネルレンズ５３とは、互いのフレネル面５１ｆ，５３ｆ同士が向き合うように接合されている。拡散シート５２は、第１フレネルレンズ５１の平面５１ｂに接合されている。これにより、第１フレネルレンズ５１のフレネル面５１ｆと第２フレネルレンズ５３のフレネル面５３ｆとは、互いの光軸が一致した位置で互いに逆向きに配置されている。
【００７８】
一般に、フレネルレンズは、１枚の凸レンズと異なり、中心からの距離によって偏角が異なるようにすることで、光源と集光位置との関係を最適になるように設定することができる。ところが、汎用的なフレネルレンズの場合には、例えば点光源を焦点距離の位置に置いた場合に、フレネルレンズから平行光が射出されるように設計されている。このようなフレネルレンズを用いて画像光を集光する場合、収差が生じて集光位置が拡がるという問題がある。そのため、集光位置からスクリーンを観察すると、明るさムラが生じやすくなる。明るさムラは、スクリーンの拡散シートの水平拡散角を広げることで低減することができる反面、逆の眼で観察する像にクロストークを生じやすくなるという問題が生じる。
【００７９】
そこで、図１９Ａ〜図１９Ｄに示したように、必要な焦点距離の２倍の焦点距離を持つフレネルレンズ５１，５３を逆向きに配置することにより、収差を最小限に抑えることができる。より正確には、入射側の第１フレネルレンズ５１の焦点距離を投射距離と等しくし、射出側の第２フレネルレンズ５３の焦点距離をスクリーン１３から観察位置Ｎまでの距離と等しくすればよい。
【００８０】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図面を用いて説明する。
第３実施形態の立体画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、スクリーンの形態と各部材の光学的な配置が第１実施形態と異なる。
図２０は、第３実施形態の立体画像表示装置６０の概略構成図である。
本実施形態で用いる図面において、第１実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
図２０に示すように、第３実施形態の立体画像表示装置６０は、プロジェクター１１と、光偏向部材１２と、スクリーン６１と、撮像装置１４と、信号処理装置１５と、を備える。
【００８２】
第３実施形態のスクリーン６１は、いわゆるフロントスクリーンと呼ばれる反射型のスクリーンである。そのため、観察者Ｍは、プロジェクター１１が設置された側と同じ側から画像を観察する。そのため、画像の左右方向が第１実施形態とは逆になるが、プロジェクター１１が備える画像反転機能、もしくは信号処理装置１５によって画像の左右方向を第１実施形態と同じになるように設定することが可能である。
【００８３】
図２１Ａは、スクリーン６１の一例を示す側面図である。
図２１Ａに示すように、スクリーン６１は、フレネル面２７ｆと平面２７ｂとを有するフレネルレンズ２７と、拡散シート２８と、ミラー６４と、を備えている。フレネルレンズ２７は、フレネルレンズ２７の平面２７ｂが拡散シート２８の第１面２８ａ（光入射側）に接合されている。ミラー６４は、拡散シート２８の第２面２８ｂ（光射出側）に接合されている。フレネルレンズ２７と拡散シート２８の構成は、第１実施形態と同様である。ミラー６４は、平面状の表面反射鏡で構成されている。このような構造により、投射画像が拡散シート２８に結像されるとともに、画像光は、ミラー６４で反射し、フレネルレンズ２７によって観察位置Ｎにおいて集光する。
【００８４】
図２２Ａは、立体画像表示装置６０における光の作用を示す平面図である。図２２Ｂは、立体画像表示装置６０における光の作用を示す側面図である。
図２２Ａに示すように、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの左半分に対応する第１画像光ＬＧ１の中心の光線ＬＧ１ｊ（第１画像光ＬＧ１の光軸）は、光偏向部材１２の第１偏向プリズム２５Ｒを通ってスクリーン６１の中心で反射され、観察者Ｍの右眼に入射する。図示を省略するが、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの右半分に対応する第２画像光の中心の光線（第２画像光の光軸）は、光偏向部材１２の第２偏向プリズム２５Ｌを通ってスクリーン６１の中心で反射され、観察者Ｍの左眼に入射する。
【００８５】
ここで、光偏向部材１２から射出される第１画像光の光軸と第２画像光の光軸との間隔をｗとし、観察者Ｍの眼間幅（右眼と左眼との間隔）をｅとし、光偏向部材１２からスクリーン６１までの距離をｐとし、観察者Ｍの眼（観察位置Ｎ）からスクリーン６１までの観察距離をｂとすると、次の（４）式の関係が成立する。
ｅ／ｗ＝ｂ／ｐ  …（４）
【００８６】
また、光線が眼の位置に集光するようにするためには、スクリーン６１のフレネルレンズ２７の焦点距離をｆとし、プロジェクター１１の投射距離をａとすると、次の（５）式を満足すればよい。
ｆ＝１／（１／ａ＋１／ｂ）  …（５）
【００８７】
（４）式から、ｂ＝ｅｐ／ｗであるから、次の（６）式を満足するように、フレネルレンズ２７の焦点距離ｆを決定すればよい。
ｆ＝１／（１／ａ＋ｗ／ｅｐ）  …（６）
【００８８】
図２１Ｂは、図２１Ａと等価なスクリーン６２を示す側面図である。
図２１Ａに示したスクリーン６１のフレネルレンズ２７は、光線がミラー６４で反射してフレネルレンズ２７を２回通過するため、図２１Ｂに示すように、拡散シート２８の両側にフレネルレンズ６６を設けたスクリーン６２と等価になり、見かけの焦点距離が１／２となっている。そのため、フレネルレンズ２７の単体の焦点距離としては、上記で求めたｆの２倍とすればよい。なお、投射距離ａは、光偏向部材１２の影響で実際よりも僅かに長くなる。
【００８９】
このようにして、プロジェクター１１の左半分の画像が右眼、右半分の画像が左眼に入射するため、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが図６に示したような視差画像を表示すれば、観察者Ｍは立体画像を観察することができる。図２２Ｂに示すように、垂直方向についてはスクリーン６１の拡散シート２８の拡散角が広いため、例えば観察者Ｍが立ったり、座ったりしても、広い範囲において立体画像を観察することが可能である。
【００９０】
第３実施形態においても、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置６０を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
図２１Ｃは、スクリーン６３の変形例を示す側面図である。
図２１Ｃに示すように、本変形例のスクリーン６３におけるフレネルレンズ２７は、図２１Ａに示したスクリーン６１と異なり、フレネルレンズ２７のフレネル面２７ｆが拡散シート２８の第１面２８ａ（光入射側）に向き合うように接合されている。
第３実施形態では、本変形例のスクリーン６３を用いることもできる。
【００９２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図面を用いて説明する。
第４実施形態の立体画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、検出部や駆動部を備えた点が第１実施形態と異なる。
図２３は、第４実施形態の立体画像表示装置７０の概略構成図である。
本実施形態で用いる図面において、第１実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
図２３に示すように、第４実施形態の立体画像表示装置７０は、プロジェクター１１と、光偏向部材１２と、スクリーン１３と、撮像装置１４と、信号処理装置１５と、アクチュエーター７１（駆動部）と、センサー７２（検出部）と、制御回路７３と、駆動回路７４と、リモコン７５と、を備える。スクリーン１３は、リアスクリーンと呼ばれる透過型のスクリーンである。
【００９４】
スクリーン１３は、基台７６の上方に設けられている。基台７６には、観察者Ｍから見て、スクリーン１３を左右方向に移動させるためのアクチュエーター７１が設けられている。スクリーン１３は、アクチュエーター７１を介して基台７６に支持されている。アクチュエーター７１は、後述するセンサー７２の検出結果に基づいてスクリーン１３の水平方向の位置を調整する。
【００９５】
基台７６の前面の右端および左端には、観察者Ｍの位置を検出するセンサー７２がそれぞれ設けられている。各センサー７２の出力は制御回路７３にそれぞれ接続され、制御回路７３の出力は駆動回路７４に接続され、駆動回路７４の出力はアクチュエーター７１に接続されている。これにより、スクリーン１３は、センサー７２の出力に基づいて左右方向に移動され、基台７６上における水平方向の位置が調整される。
【００９６】
リモコン７５は、観察者Ｍが立体画像を適切に観察するために、スクリーン１３の水平方向の位置を調整する際に用いる。リモコン７５からの信号は、制御回路７３に送信される。
立体画像表示装置７０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９７】
第４実施形態においても、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置７０を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９８】
また、第４実施形態によれば、以下に説明する更なる効果が得られる。
図２４は、スクリーン１３の移動に伴う視点の位置の移動を示す平面図である。
図２４に示すように、スクリーン１３からの集光位置である視点が視点Ｃにある状態を基準として、プロジェクター１１から見て、スクリーン１３を左側に移動させると、視点は視点Ｃよりも左側の視点Ｄに移動する。この場合、視点の移動距離は、スクリーン１３の移動距離と図１１Ａで示した観察距離ｂと投射距離ａの比との積を取ったものとなる。
【００９９】
したがって、図２３に示すセンサー７２により観察者Ｍの実際の位置を検出し、制御回路７３は、視点の移動距離と上記の比との積からスクリーン１３の移動距離を算出し、移動距離に応じてスクリーン１３を移動させる。これにより、観察者Ｍの実際の位置に視点を移動させることができる。すなわち、第１〜第３実施形態では、観察者Ｍが既定の視点から外れた位置から画像を観察すると、良好な立体画像を観察できない虞があった。これに対し、第４実施形態の立体画像表示装置７０によれば、観察者Ｍが既定の視点から外れた位置に居たとしても、スクリーン１３が水平移動することによって良好な立体画像を観察することができる。
【０１００】
なお、表示する画像については撮像装置からの画像だけではなく、図示しないコンピューターからの画像信号を観察者Ｍの位置に応じて変化させ、その映像信号をプロジェクター１１に供給する構成としてもよい。これにより、運動視差を生成させ、観察者Ｍが移動しても、あたかもその場所に固定した立体物があるような見せ方をすることもできる。
【０１０１】
また、制御回路７３は、通常はセンサー７２により検出した観察者Ｍの位置に基づいてアクチュエーター７１を制御しているが、例えばスクリーン１３を停止させる位置を一定間隔で予め設定しておき、さらに細かくはリモコン７５で制御できるように構成してもよい。このような構成とすることで、観察者Ｍの検出位置と実際の眼の位置とのずれによって生じる見にくさを観察者自身が適宜調整することができる。
【０１０２】
また、リモコン７５によって制御回路７３のオン、オフを切替え可能としてもよい。この構成によれば、観察者Ｍの移動が僅かであれば、スクリーン１３を動作させないように構成することができる。また、センサー７２の出力とは無関係に、リモコン７５によりスクリーン１３を自由に移動させることができるようにしてもよい。そのようにすることで、最適位置からずれた場合の見え方を確認することができる。いずれの場合においても、リモコン７５は、無線、赤外線信号などによってワイヤレス化することが可能である。
【０１０３】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図面を用いて説明する。
第５実施形態の立体画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、検出部や駆動部を備えた点が第１実施形態と異なる。
図２５は、第５実施形態の立体画像表示装置８０の概略構成図である。
本実施形態で用いる図面において、第１実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０４】
第４実施形態の構成は、反射型のスクリーンを備えた立体画像表示装置に適用することもできる。第５実施形態ではその構成例について説明する。
図２５に示すように、第５実施形態の立体画像表示装置８０は、プロジェクター１１と、光偏向部材１２と、スクリーン６１と、撮像装置１４と、信号処理装置１５と、アクチュエーター７１（駆動部）と、センサー７２（検出部）と、制御回路７３と、駆動回路７４と、リモコン７５と、を備える。スクリーン６１は、フロントスクリーンと呼ばれる反射型のスクリーンである。
【０１０５】
図２６は、スクリーン６１の移動に伴う視点の位置の移動を示す平面図である。
図２６に示すように、スクリーン６１からの集光位置である視点が視点Ｃにある状態を基準として、プロジェクター１１から見て、スクリーン６１を左側に移動させると、視点は視点Ｃよりも左側の視点Ｄに移動する。この場合、視点の移動距離は、スクリーン６１の移動距離と図２２Ａで示した観察距離ｂと投射距離ａの比との積を取ったものとなる。
【０１０６】
したがって、図２５に示すセンサー７２により観察者Ｍの実際の位置を検出し、制御回路７３は、視点の移動距離と上記の比との積からスクリーン６１の移動距離を算出し、移動距離に応じてスクリーン６１を移動させる。これにより、観察者Ｍの実際の位置に視点を移動することができる。
【０１０７】
第５実施形態においても、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置８０を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０８】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図面を用いて説明する。
第６実施形態の立体画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光投射装置を備えた点が第１実施形態と異なる。
図２７は、第６実施形態の立体画像表示装置９０の概略構成図である。
本実施形態で用いる図面において、第１実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０９】
図２７に示すように、第６実施形態の立体画像表示装置９０は、プロジェクター１１と、光投射装置９１と、光偏向部材１２と、スクリーン１３と、撮像装置１４と、信号処理装置１５と、を備える。
【０１１０】
光投射装置９１は、互いに異なる色の光を射出する２つのマーカー９１Ａ，９１Ｂを有する。マーカー９１Ａ，９１Ｂは、プロジェクター１１の前面において光偏向部材１２の側方にそれぞれ設けられている。すなわち、各マーカー９１Ａ，９１Ｂは、各マーカー９１Ａ，９１Ｂから射出される光が光偏向部材１２に入射しない位置に配置されている。
【０１１１】
図２９は、マーカー９１Ａ，９１Ｂの概略構成図である。
図２９に示すように、マーカー９１Ａ，９１Ｂは、発光ダイオード９２（ＬＥＤ）と、駆動回路９３と、レンズ９４と、筐体９５と、を有する。ＬＥＤ９２および駆動回路９３は、筐体９５の内部に収容されている。レンズ９４は、筐体９５の前面に設けられている。駆動回路９３からの信号によってＬＥＤ９２から射出された光は、レンズ９４によって拡散角が拡げられた状態でスクリーン１３に投射される。
【０１１２】
図２８は、立体画像表示装置９０における光の作用を示す平面図である。
図２８に示すように、プロジェクター１１の左側に設けられた第１マーカー９１Ｂは、例えば赤色光を投射し、右側に設けられた第２マーカー９１Ａは緑色光を投射する。第１マーカー９１Ｂから投射された赤色光は、スクリーン１３のフレネルレンズ２７によって、視点の左側に観察者Ｍが赤色に見える領域Ｒを生成する。同様に、第２マーカー９１Ａから投射された緑色光は、スクリーン１３のフレネルレンズ２７によって、視点位置の右側に観察者Ｍが緑色に見える領域を生成する。図２８においては、図面を見やすくするため、赤色に見える領域Ｒのみを図示する。このようにして、光投射装置９１は、スクリーン１３上に形成される投射画像の側方に光を投射する。
【０１１３】
このような構成により、観察者Ｍの位置が視点位置より左側にずれている場合には、左眼に赤色が見え、観察者Ｍの位置が視点位置より右側にずれている場合には、右眼に緑色が見えることになる。観察者Ｍは、どちらの眼ということは意識することなく、赤色が見える場合には最適な視点位置は右側にあり、緑色が見える場合には最適な視点位置は左側にあることを知っておけば、正しい視点位置を容易に知ることができる。したがって、観察者Ｍは、赤色が見えた場合には立ち位置を右側にずらし、緑色が見えた場合には立ち位置を左側にずらせば、最適な立体画像を観察することができる。
【０１１４】
第６実施形態においても、装置構成が簡単であり、かつ立体画像が裸眼によって観察可能な立体画像表示装置９０を提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１５】
なお、光投射装置９１は、色光に代えて、例えば簡単な図形などの固定パターンを投射し、スクリーン１３上で図形の像が識別できる程度に結像させるようにしてもよい。
【０１１６】
（光偏向部材の変形例）
図３０Ａは、光偏向部材の変形例を示す平面図である。図３０Ｂは、光偏向部材の更なる変形例を示す側面図である。
以上のいずれの実施形態においても、プリズム構造体やミラー構造体からなる光偏向部材に代えて、図３０Ａおよび図３０Ｂに示す光偏向部材９７が用いられてもよい。
【０１１７】
図３０Ａおよび図３０Ｂに示すように、変形例の光偏向部材９７は、水平方向の中心から左右対称に構成されたレンチキュラーシートから構成されている。レンチキュラーシートの垂直方向の各アレイは、偏角が同一に設定してあり、プリズムと同様に作用する。
【０１１８】
なお、スクリーンの拡散シートについては、個々の曲面が対称形状のレンチキュラーシートを用い、このレンチキュラーシートを曲率変化がない方向が水平方向を向くように配置しても構成することができる。
【０１１９】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図面を用いて説明する。
第７実施形態では、上記実施形態の立体画像表示装置を備えた立体画像表示システムの一例を挙げる。
図３１は、第７実施形態の立体画像表示システム１００の構成を示すブロック図である。図３１のブロック図は信号処理装置を中心に図示したものであり、プロジェクター、光偏向部材、スクリーン等の光学的な部材の図示は省略する。
【０１２０】
図３１に示すように、立体画像表示システム１００は、第１端末装置１０１と、第２端末装置１０２と、通信部１０３と、を備えている。
【０１２１】
第１端末装置１０１は、第１観察者が存在する第１地点に設けられている。第２端末装置１０２は、第１地点から離れた場所であって、第２観察者が存在する第２地点に設けられている。第１端末装置１０１と第２端末装置１０２とは、上記のいずれかの実施形態の立体画像表示装置から構成されている。第１端末装置１０１と第２端末装置１０２とは、同じ構成の立体画像表示装置で構成されていてもよいし、互いに異なる構成の立体画像表示装置で構成されていてもよい。
【０１２２】
通信部１０３は、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の周知の通信手段で構成されている。通信部１０３は、第１端末装置１０１と第２端末装置１０２との間で映像信号の通信を行う。
【０１２３】
第１端末装置１０１の信号処理装置１５１は、基本的には第１実施形態において図４を参照して説明した流れに従って映像信号を生成する。ただし、信号処理装置１５１において、第１撮像装置１４Ａによる第１撮影像と第２撮像装置１４Ｂによる第２撮影像とは、歪み補正が行われることなく１枚の画像に合成され、映像信号が生成される。映像信号は、エンコーダー１０４によって符号化され、通信部１０３を介して第２端末装置１０２に送信される。
【０１２４】
また、第２端末装置１０２の信号処理装置１５２は、第１端末装置１０１から送信された信号をデコーダー１０５によって映像信号に戻した後、歪み補正を行い、プロジェクターに供給する。この手順によれば、信号処理装置１５２は、当該端末装置１０２のスクリーンに投射された画像を実際に見ながら歪み補正を行うことができる。
上記と逆方向、すなわち、第２端末装置１０２から第１端末装置１０１への信号送信についても、上記の手順と同様である。
【０１２５】
第７実施形態の立体画像表示システム１００によれば、第１端末装置１０１において生成された第１映像信号が第２端末装置１０２に送信されることにより、第１端末装置１０１による撮影像が第２端末装置１０２において表示される。また、第２端末装置１０２において生成された第２映像信号が第１端末装置１０１に送信されることにより、第２端末装置１０２による撮影像が第１端末装置１０１において表示される。
【０１２６】
このようにして、立体画像表示システム１００は、例えば離れた場所に居る第１観察者と第２観察者とが互いに相手の姿を見ながら会議を行うことができ、双方向のコミュニケーションツールとして利用することができる。
【０１２７】
立体画像表示システム１００は、上記実施形態の立体画像表示装置を備えているため、装置構成が簡単であり、かつ裸眼によって相手の姿を立体的に観察することができる。したがって、会議等のコミュニケーションにおいて臨場感を高めることができる。
【０１２８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態の立体画像表示装置においては、撮像装置がスクリーンに設けられ、スクリーンの正面に位置する観察者を撮像する構成を有していたが、撮像装置は必ずしもスクリーンに設けられていなくてもよく、観察者以外を撮像してもよい。
【０１２９】
また、立体画像表示装置は、必ずしも撮像装置を備えていなくてもよい。例えば信号処理装置が別途用意された右眼用画像信号と左眼用画像信号とを合成して画像信号を生成し、プロジェクターが画像信号に基づいて画像を投射する構成であってもよい。
【０１３０】
その他、立体画像表示装置や立体画像表示システムを構成する各種構成要素の形状、数、配置、構成材料等に関しては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０，４０，６０，７０，８０，９０…立体画像表示装置、１１…プロジェクター、１２，４２，９７…光偏向部材、１３，３２，３３，３４，４６，４７，４８，４９，６１，６２，６３…スクリーン、１４…撮像装置、１４Ａ…第１撮像装置、１４Ｂ…第２撮像装置、１５，１５１，１５２…信号処理装置、２５…プリズム構造体、２５Ｒ…第１偏向プリズム、２５Ｌ…第２偏向プリズム、２５ａ…第１構造体、２５ｂ…第２構造体、４３…ミラー構造体、４３Ｒ…第１偏向ミラー、４３Ｌ…第２偏向ミラー、５１…第１フレネルレンズ、５１ｂ…（第１フレネルレンズの）平面、５１ｆ…（第１フレネルレンズの）フレネル面、５３…第２フレネルレンズ、５３ｂ…（第２フレネルレンズの）平面、５３ｆ…（第２フレネルレンズの）フレネル面、７１…アクチュエーター（駆動部）、７２…センサー（検出部）、９１…光投射装置、１００…立体画像表示システム、１０１…第１端末装置、１０２…第２端末装置、１０３…通信部、Ｍ…観察者、Ｇ１，Ｇ３…第１画像、Ｇ２，Ｇ４…第２画像。
【図１】
2020003515.tif 000003
【図２】
2020003515.tif 000004
【図３Ａ】
2020003515.tif 000005
【図３Ｂ】
2020003515.tif 000006
【図４】
2020003515.tif 000007
【図５】
2020003515.tif 000008
【図６】
2020003515.tif 000009
【図７】
2020003515.tif 000010
【図８】
2020003515.tif 000011
【図９】
2020003515.tif 000012
【図１０】
2020003515.tif 000013
【図１１Ａ】
2020003515.tif 000014
【図１１Ｂ】
2020003515.tif 000015
【図１２Ａ】
2020003515.tif 000016
【図１２Ｂ】
2020003515.tif 000017
【図１２Ｃ】
2020003515.tif 000018
【図１３Ａ】
2020003515.tif 000019
【図１３Ｂ】
2020003515.tif 000020
【図１４】
2020003515.tif 000021
【図１５】
2020003515.tif 000022
【図１６Ａ】
2020003515.tif 000023
【図１６Ｂ】
2020003515.tif 000024
【図１７】
2020003515.tif 000025
【図１８】
2020003515.tif 000026
【図１９Ａ】
2020003515.tif 000027
【図１９Ｂ】
2020003515.tif 000028
【図１９Ｃ】
2020003515.tif 000029
【図１９Ｄ】
2020003515.tif 000030
【図２０】
2020003515.tif 000031
【図２１Ａ】
2020003515.tif 000032
【図２１Ｂ】
2020003515.tif 000033
【図２１Ｃ】
2020003515.tif 000034
【図２２Ａ】
2020003515.tif 000035
【図２２Ｂ】
2020003515.tif 000036
【図２３】
2020003515.tif 000037
【図２４】
2020003515.tif 000038
【図２５】
2020003515.tif 000039
【図２６】
2020003515.tif 000040
【図２７】
2020003515.tif 000041
【図２８】
2020003515.tif 000042
【図２９】
2020003515.tif 000043
【図３０Ａ】
2020003515.tif 000044
【図３０Ｂ】
2020003515.tif 000045
【図３１】
2020003515.tif 000046