(57)【要約】【課題】装置の小型化が容易であり、かつ、カラーブレーキング現象の緩和されたマルチプロジェクション型の三次元画像表示方法及び三次元画像表示装置を提供する。【解決手段】フィールドシーケンシャル駆動される複数の二次元画像表示素子からの光線群に対して特定の表示方向を与えて観察者の瞳に同時に入射させる。観察者の網膜には水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の短冊状画像が結像される。この複数の短冊状画像のうち水平方向に隣接する２つの短冊状画像同士の色度は、互いに異なり、かつ、その色度はサブフィールド単位で（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように切り替わる。この結果、各サブフィールドで同色の短冊状画像が並ぶ場合に比べて、網膜上の画像のカラーブレーキング現象を緩和することができる。【選択図】図１２
2010020037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フレームを複数に分割したサブフィールド単位で、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子をそれぞれフィールドシーケンシャル駆動して、前記水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置され、かつ、少なくとも前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像が異なる色度で配置された二次元画像群を生成する第１のステップと、
前記二次元画像群を構成する各二次元画像からの光を、偏心した複数の結像光学系により指向性を持たせて異なる方向に投射して水平方向及び垂直方向に拡大された拡大像を同一領域に形成する第２のステップと、
前記拡大像から発散する光線群に対して、前記水平方向に対しては準平行光線であり、かつ、前記垂直方向に対しては拡散光線となる特定の表示方向を与え、その表示方向が与えられた前記光線群が空間に形成する交点に三次元画像を表示させる第３のステップと、
前記表示方向が与えられた前記光線群を観察者の瞳に同時に入射させて、前記観察者の網膜に水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の部分的視差画像を結像させる第４のステップと
を含み、前記複数の二次元画像の部分的視差画像のうち水平方向に隣接する２つの部分的視差画像同士を、互いに色度が異なり、かつ、その色度が前記サブフィールド単位で切り替わる部分的視差画像とすることを特徴とする三次元画像表示方法。
【請求項２】
前記第１のステップは、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された前記複数の二次元画像表示素子のうち、前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像表示素子に対して、互いに色度が異なるＮ色の原色(Ｎは３以上の自然数）のうちの互いに異なる原色の二次元画像を表示させ、かつ、前記二次元画像の原色を、１フレームを１／Ｎｋ（ｋは１以上の自然数）に分割したサブフィールド単位で巡回的に切り替えるフィールドシーケンシャル駆動を前記複数の二次元画像表示素子に対して行うことにより、少なくとも前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像は異なる原色の二次元画像が配置された二次元画像群を生成することを特徴とする請求項１記載の三次元画像表示方法。
【請求項３】
互いに異なる複数の色度の照明光を出射する複数の光源と、
水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子と、
前記二次元画像表示素子に対して１フレームを複数に分割したサブフィールド単位で前記複数の光源のうち選択した一の光源からの照明光を照射すると共に、少なくとも前記斜め垂直方向に隣接する２つの前記二次元画像表示素子に対しては、異なる色度の照明光を照射し、かつ、照明光と同じ色度の画像信号を前記二次元画像表示素子に供給するフィールドシーケンシャル駆動を行い、前記水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置され、かつ、少なくとも前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像が異なる色度で配置された二次元画像群を前記複数の二次元画像表示素子により生成させる同期制御手段と、
前記二次元画像群を構成する各二次元画像からの光を、指向性を持たせて異なる方向に投射して水平方向及び垂直方向に拡大された拡大像を同一領域に形成する偏心した複数の結像光学系と、
前記拡大像から発散する光線群に対して、前記水平方向に対しては準平行光線であり、かつ、前記垂直方向に対しては拡散光線となる特定の表示方向を与えた光線群を生成して観察者の瞳に同時に入射させると共に、その表示方向が与えられた前記光線群が空間に形成する交点に三次元画像を表示させる光学系と
を有し、前記観察者の網膜に水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の部分的視差画像を結像させ、水平方向に隣接する２つの前記部分的視差画像同士を、互いに色度が異なり、かつ、その色度が前記サブフィールド単位で切り替わる部分的視差画像とすることを特徴とする三次元画像表示装置。
【請求項４】
前記同期制御手段は、
水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された前記複数の二次元画像表示素子のうち、前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像表示素子に対して、互いに色度が異なるＮ色の原色(Ｎは３以上の自然数）のうちの互いに異なる原色の二次元画像を表示させ、かつ、前記二次元画像の原色を、１フレームを１／Ｎｋ（ｋは１以上の自然数）に分割したサブフィールド単位で巡回的に切り替えるフィールドシーケンシャル駆動を前記複数の二次元画像表示素子に対して行うことにより、少なくとも前記斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像は異なる原色の二次元画像が配置された二次元画像群を生成することを特徴とする請求項３記載の三次元画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三次元画像表示方法及び三次元画像表示装置に係り、特にインテグラルフォトグラフィ（Integral Photography：ＩＰ）の原理に基づいて、二次元画像を構成する画素からの光を指向性をもたせて異なる方向に投射し、これらの指向性光線同士の交点として三次元の空間像を再生表示する三次元画像表示方法及び三次元画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リップマン（M.G Lippman）が１９０８年に提案したインテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）の原理に基づき、実物表面からの光線と同等な光線を空間に再現することにより、自然な三次元画像を再生する三次元ディスプレイの研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
また、現在実用化されている電子デバイスの情報量不足を補うため、垂直方向の立体情報を水平方向に割り振ることにより、水平方向の立体視に特化した三次元ディスプレイの実現方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、液晶ディスプレイのカラーフィルタの配列の工夫により、情報量不足の改善を行う技術も開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３５７６５２１号公報
【特許文献２】特開２００４−４０７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、特許文献１に開示された三次元画像表示装置の構成は、プロジェクタ用の表示デバイスを多数個用いたマルチプロジェクションの構成であるため、実用化には装置の小型化を図ることが重要になる。このため、表示デバイスとしては、１チップでフルカラー画像が表示可能な高速応答の表示デバイスの使用が有望である。その際、赤(Ｒ)、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の残像が目の網膜上で重ならずに虹のようなノイズとして観察されるカラーブレーキング現象（カラーブレークアップ現象あるいは色割れともいう）が生じ易いという課題がある。
【０００７】
一方、特許文献２に開示された三次元画像表示装置は、直視型の液晶ディスプレイを使用しているため小型化し易い反面、情報量を増やすことが容易でないという課題がある。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、装置の小型化が容易であり、かつ、カラーブレーキング現象の緩和されたマルチプロジェクション型の三次元画像表示方法及び三次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、第１の発明の三次元画像表示方法は、１フレームを複数に分割したサブフィールド単位で、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子をそれぞれフィールドシーケンシャル駆動して、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置され、かつ、少なくとも斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像が異なる色度で配置された二次元画像群を生成する第１のステップと、二次元画像群を構成する各二次元画像からの光を、偏心した複数の結像光学系により指向性を持たせて異なる方向に投射して水平方向及び垂直方向に拡大された拡大像を同一領域に形成する第２のステップと、拡大像から発散する光線群に対して、水平方向に対しては準平行光線であり、かつ、垂直方向に対しては拡散光線となる特定の表示方向を与え、その表示方向が与えられた光線群が空間に形成する交点に三次元画像を表示させる第３のステップと、表示方向が与えられた光線群を観察者の瞳に同時に入射させて、観察者の網膜に水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の部分的視差画像を結像させる第４のステップとを含み、複数の二次元画像の部分的視差画像のうち水平方向に隣接する２つの部分的視差画像同士を、互いに色度が異なり、かつ、その色度が前記サブフィールド単位で切り替わる部分的視差画像とすることを特徴とする。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明の三次元画像表示方法は、上記の第１の発明における第１のステップを、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子のうち、斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像表示素子に対して、互いに色度が異なるＮ色の原色(Ｎは３以上の自然数）のうちの互いに異なる原色の二次元画像を表示させ、かつ、二次元画像の原色を、１フレームを１／Ｎｋ（ｋは１以上の自然数）に分割したサブフィールド単位で巡回的に切り替えるフィールドシーケンシャル駆動を複数の二次元画像表示素子に対して行うことにより、少なくとも斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像は異なる原色の二次元画像が配置された二次元画像群を生成することを特徴とする。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明の三次元画像表示装置は、互いに異なる複数の色度の照明光を出射する複数の光源と、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子と、二次元画像表示素子に対して１フレームを複数に分割したサブフィールド単位で複数の光源のうち選択した一の光源からの照明光を照射すると共に、少なくとも斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像表示素子に対しては、異なる色度の照明光を照射し、かつ、照明光と同じ色度の画像信号を二次元画像表示素子に供給するフィールドシーケンシャル駆動を行い、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置され、かつ、少なくとも斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像が異なる色度で配置された二次元画像群を複数の二次元画像表示素子により生成させる同期制御手段と、二次元画像群を構成する各二次元画像からの光を、指向性を持たせて異なる方向に投射して水平方向及び垂直方向に拡大された拡大像を同一領域に形成する偏心した複数の結像光学系と、拡大像から発散する光線群に対して、水平方向に対しては準平行光線であり、かつ、垂直方向に対しては拡散光線となる特定の表示方向を与えた光線群を生成して観察者の瞳に同時に入射させると共に、その表示方向が与えられた光線群が空間に形成する交点に三次元画像を表示させる光学系とを有し、観察者の網膜に水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の部分的視差画像を結像させ、水平方向に隣接する２つの部分的視差画像同士を、互いに色度が異なり、かつ、その色度が前記サブフィールド単位で切り替わる部分的視差画像とすることを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、第４の発明の三次元画像表示装置は、上記の同期制御手段を、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置された複数の二次元画像表示素子のうち、斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像表示素子に対して、互いに色度が異なるＮ色の原色(Ｎは３以上の自然数）のうちの互いに異なる原色の二次元画像を表示させ、かつ、二次元画像の原色を、１フレームを１／Ｎｋ（ｋは１以上の自然数）に分割したサブフィールド単位で巡回的に切り替えるフィールドシーケンシャル駆動を複数の二次元画像表示素子に対して行うことにより、少なくとも斜め垂直方向に隣接する２つの二次元画像は異なる原色の二次元画像が配置された二次元画像群を生成する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、観察者の網膜上における複数の二次元画像の部分的視差画像のうち水平方向に隣接する２つの部分的視差画像同士を互いに色度の異なる部分的視差画像とすることにより、小型化が容易であり、かつ、部分的視差画像の合成画像のカラーブレーキング現象が緩和された三次元画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の最良の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明になる三次元画像表示装置の一実施の形態の概略構成図、図２（ａ）、（ｂ）は、図１の要部の一例の概略斜視図、各部の正面図を示す。図１に示す実施の形態は、マルチプロジェクション型の三次元画像表示装置の構成を示す。本実施の形態の三次元画像表示装置１００は、図１に示すように、照明光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた３つのＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇと、ｍ台（ｍは２以上の自然数、ここでは５以上）のプロジェクタ２1〜２mと、フレネル・レンチスクリーン３と、ホストＰＣ（パーソナルコンピュータ）８とから構成されており、二次元画像を構成する画素からの光を指向性をもたせて異なる方向に投射し、これらの指向性光線同士の交点として三次元画像を形成する装置である。なお、図１には、ｍ台のプロジェクタのうち所定方向に並ぶ５台のプロジェクタ２1〜２5のみ図示してある。
【００１６】
ＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇとフレネル・レンチスクリーン３とは、複数台のプロジェクタ２1〜２mに共通である。３つのＬＥＤ光源は、赤色光Ｒを出射する第１のＬＥＤ光源１Ｒと、青色光Ｂを出射する第２のＬＥＤ光源１Ｂと、緑色光Ｇを出射する第３のＬＥＤ光源１Ｇとからなる。プロジェクタ２1〜２mは、照明用レンズ４1〜４mと、二次元画像表示素子５1〜５mと、図示しない駆動回路を介して二次元画像表示素子５1〜５mに接続された画像生成ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６1〜６mと、投射レンズ７1〜７mと、図示しない開口とよりなる。なお、ＬＥＤ光源の替わりにレーザー光源を用いてもよい。二次元画像表示素子５は、生成した二次元画像をフィールドシーケンシャル駆動により高速表示を行う表示素子である。
【００１７】
また、ホストＰＣ８はローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を介して画像生成ＰＣ６1〜６mに接続されており、このホストＰＣ８の制御の下に、画像生成ＰＣ６1〜６mのそれぞれは互いにゲンロックされた同期信号を出力してＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇを制御する。これにより、プロジェクタ２1〜２mは、ＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇから出射された原色光Ｒ、Ｂ、Ｇのうち一の原色光が、後述するサブフィールド単位で互いに同期して予め定められた順序で巡回的に切替入射される。
【００１８】
本実施の形態の要部であるプロジェクタを構成する二次元画像表示素子５1〜５mと、投射レンズ７1〜７mと、図示を省略した開口とは、複数台のプロジェクタにおいて、図２（ａ）の概略斜視図及び図２（ｂ）の正面図に示すようにアレイ状に並ぶような空間的配置とされている。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数台のプロジェクタ２1〜２mの各二次元画像表示素子５（５1〜５m）は、水平方向及び斜め垂直方向に二次元的に配置されて全体として二次元画像表示素子アレイ１０を構成している。また、複数台のプロジェクタ２1〜２mの各投射レンズ７（７1〜７m）も、水平方向及び斜め垂直方向に全体として二次元的に配置されたレンズアレイ１２を構成している。更に、複数台のプロジェクタ２1〜２mの各開口９も、水平方向及び斜め垂直方向に全体として二次元的に配置された開口アレイ１４を構成している。
【００１９】
また、図２（ａ）に示すように、開口アレイ１４がフレネル・レンチスクリーン３に対向するように配置されている。なお、図２（ａ）において、１８は共通像面、１９は光軸である。フレネル・レンチスクリーン３は、フレネルレンズである共有レンズ１６と、垂直方向拡散板として機能するレンチキュラーシート１７とからなる。
【００２０】
図３は、レンチキュラーシート１７の一例の概略斜視図を示す。同図に示すように、レンチキュラーシート１７は、短焦点のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）１７ａが、基板１７ｂ上、垂直方向に多数配列された構成とされている。なお、垂直方向拡散板は、レンチキュラーシート１７に限定されるものではなく、例えば、光の回折現象を利用したホログラフィックスクリーン（回折光学素子）も使用可能である。
【００２１】
二次元画像表示素子アレイ１０は、各プロジェクタ２1〜２ｍの各二次元画像表示素子５が図２（ｂ）に示すように互いに斜めにずらして二次元配置された構成である。従って、二次元画像表示素子アレイ１０を構成する複数の二次元画像表示素子５のうち、隣接する二次元画像表示素子５は異なるプロジェクタの二次元画像表示素子である。また、レンズアレイ１２は、二次元画像表示素子５に対応した位置に設けられた各プロジェクタ２1〜２ｍの投射レンズ７が、図２（ｂ）に示すように互いに斜めにずらして二次元配置された構成である。従って、レンズアレイ１２を構成する複数の投射レンズ７のうち、隣接する投射レンズ７は異なるプロジェクタの投射レンズである。また、開口アレイ１４は、図１では図示を省略したが、複数の投射レンズ７に対応した位置に設けられた各プロジェクタ２1〜２ｍの複数の開口９が、図２（ｂ）に示すように互いに斜めにずらして二次元配置された構成である。また、共有レンズ１６とレンチキュラーシート１７と共通像面１８とはほぼ一体化されて配置されている。
【００２２】
図４は、本実施の形態の三次元画像表示装置の基本構成を示す上面図であり、図５は、その側面図である。図４、図５中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付してある。図４（ａ）及び図５（ａ）はアレイ光学系全体の光軸１９上に二次元画像表示素子５がある場合の光線状態を示しており、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は光軸１９から外れた位置に二次元画像表示素子５がある場合の光線状態を示している。
【００２３】
これらの図において、斜線で示した領域は二次元画像表示素子５に表示された画像からの光線が存在する領域を表している。また、この領域の境界付近の実線で示す光線は、個々の開口９を通過する代表的な３本の光線を示している。すなわち、開口９の中心を通過する１本の主光線（principal ray）と、開口９の縁を通過する２本の外縁光線（marginal ray）である。
【００２４】
これらの主光線（principal ray）と外縁光線（marginal ray）の光路が示すように、二次元画像表示素子５から発せられた発散光線は、共有レンズ１６付近の共通像面１８で収束する。すなわち、二次元画像表示素子５と共有レンズ１６がほぼ結像関係にある。このことは、共有レンズ１６が結像に寄与しないことを意味する。ただし、共有レンズ１６で結像した後に再び発散する光線群により形成される三次元画像には、共有レンズ１６の寄与が存在する。
【００２５】
また、本実施の形態では、図４又は図５が示すように、二次元画像表示素子１１の中心軸（図示なし）に対して、個々の投射レンズ７の光軸（一点破線で図示あり）と個々の開口９の光軸（一点破線で図示あり）がシフトしている。そして、これらの個々の光学系の絞り中心を通過する光線が共有レンズ１６の中心を通過する構成となっている。従って、三次元表示に必要な画像の表示方向は、共有レンズ１６で与えられるのではなく、偏心をもつ個々の光学系により最初から与えられているのである。この偏心した光学系についてより詳しく説明するために、図６を参照しながら説明する。
【００２６】
図６は、偏心をもつ投射光学系アレイの実施形態を示す図である。同図中、図２〜図５と同一構成部分には同一符号を付してある。また、図６において、直交する２本の直線は、水平方向を表す水平軸２１、それに垂直な方向を表す垂直軸２２である。なお、水平方向とは、表示画像の観察者の二つの目を結ぶ方向に平行な方向である。図６に示すように、画像発生源である二次元画像表示素子５（黒四角で示す）は、水平軸２１に射影した位置が、垂直軸２２方向で互いに一致しないように、配置されている。また、個々の投射レンズ７及び開口９が、異なる偏心量で水平方向及び垂直方向にシフトされている。
【００２７】
複数の二次元画像表示素子５に表示された二次元画像の各画素からの光は、投射レンズ７によりフレネル・レンチスクリーン３に投射される。つまり、二次元画像表示素子５とフレネル・レンチスクリーン３とが結像関係にある。
【００２８】
各々の二次元画像表示素子５からの画像をフレネル・レンチスクリーン３に投射する投射レンズ７は、フレネル・レンチスクリーン３上の同一領域に投射するために、レンズシフトを行う。すなわち、投射レンズ７の光軸を二次元画像表示素子５の中心軸に対して偏心させることにより、投射方向をシフトさせ、フレネル・スクリーン３上で各々の二次元画像表示素子５の拡大像が重なるようにする。
【００２９】
このフレネル・レンチスクリーン３におけるフレネルレンズ面の焦点面は投射レンズ７付近にあるため、投影面で主光線が平行、すなわちテレセントリックになるように屈折される。また、図２（ａ）に示すように、共有レンズ１６とレンチキュラーシート１７とからなるフレネル・レンチスクリーン３は、共通像面１８の共有レンズ１６に近接させて配置したレンチキュラーシート１７により垂直方向にのみ拡散を行う。図３に示したように、レンチキュラーシート１７は、短焦点で狭間隔のシリンドリカルレンズ１７ａが水平方向に多数配置されており、光線を垂直方向（図１の紙面に垂直な方向）に拡散する。
【００３０】
図７は、フレネル・レンチスクリーンにおけるレンチキュラー面の作用を示す図で、（ａ）は１画素の例、（ｂ）は４画素の例である。図７において、フレネル・レンチスクリーン３から射出される縦長の四角錐は、図示しない二次元画像表示素子５の１つの画素がこのスクリーン上で拡大像として結像し、その後、その拡大像からの光線が垂直方向に拡散される様子を示している。φｙはレンチキュラーによる拡散角を示している。φｘは水平方向拡散角であり、これはレンチキュラーの作用ではなく、このスクリーンに投影する投射レンズ７の絞り径で規定されるＦナンバーで決まる。もちろん、レンチキュラーのような屈折光学素子以外に、ホログラフィックスクリーンのような回折光学素子を使用することも可能である。
【００３１】
図７に示すように、フレネル・レンチスクリーン３により、開口９を像側から眺めたときの像である射出瞳が垂直方向にのみ拡大され、図６のように二次元的に配置された二次元画像表示素子アレイ１０に共通の表示角度範囲を発生させることができる。
【００３２】
さて、図１に戻ると、フレネル・レンチスクリーン３上に投影された二次元画像表示素子５の拡大像からの指向性を持った光は、フレネル・レンチスクリーン３により水平方向拡散角φｘの広がりをもつ光線として、フレネル・レンチスクリーン３の手前の空間で交差することにより、例えば、破線の正方形で示す立方体の空間像３１や破線の円で示す球形の空間像３２を形成する。これらの光線の一部は、眼球３４に入射する。
【００３３】
眼球３４に入射する光線は、フレネル・レンチスクリーン３から射出される水平方向拡散角φｘで主光線が平行（テレセントリック）な光線の一部である。すなわち、観察者は１つの二次元画像表示素子５によるフレネル・レンチスクリーン３上の拡大像の全体像を観察することはできず、二次元画像の部分的視差画像のみを観察する。しかし、複数の二次元画像表示素子５からの光が同時に観察者の眼球３４に入射するため、結果として一方向からの投影画像全体が観察者に知覚されることとなる。
【００３４】
図８は、肉眼観察時の網膜上の像の一例を示す図である。図８（ａ）は、観察者が立方体の空間像３１と球の空間像３２をある観察位置で見たときの網膜上の像である。そして、図８（ａ）に示す網膜像は、二次元画像の部分的視差画像が合成されたものであり、実際には図８（ｂ）に示すように観察可能範囲が制限された二次元画像の部分的視差画像である短冊状の画像が複数接続されたものである。
【００３５】
この短冊状の画像の例を図９（ａ）〜（ｆ）に示す。これらは、図１における複数の二次元画像表示素子５のうち、１台の二次元画像表示素子５のみに画像を表示させたときに肉眼観察される像を示すものである。図９（ａ）においては、球の空間像３２の左部分の画像が表示されている。このとき、観察位置を水平方向に移動すると、図９（ｂ）に示すように球の空間像３２の中央部分の画像を肉眼観察することができる。更に観察位置を水平方向に移動していくと、図９（ｃ）に示す球の空間像３２の右端、図９（ｄ）に示す立方体の空間像３１の左端、図９（ｅ）に示す立方体の空間像３１の中央付近、図９（ｆ）に示す立方体の空間像３１の右端の投影画像を順次、肉眼観察することができる。
【００３６】
また、観察位置を固定して、二次元画像表示素子５を１台ずつ順次点灯させていった場合においても、図９（ａ）〜（ｆ）とほぼ同様な画像を肉眼観察することができる。勿論、異なる二次元画像表示素子５には各々異なる方向から投影した画像が表示されているため、肉眼観察される短冊画像としては、厳密には図９（ａ）〜（ｆ）とは視差量だけ異なっている。
【００３７】
本実施の形態は、後述するように、この投影画像を構成する短冊状の部分画像において、隣り合う２つの部分画像同士を互いに異なる色度（色相）となるように３つのＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇ及び画像生成ＰＣ６を制御することを特徴とする。
【００３８】
次に、本実施の形態の動作について具体的に説明する。図１において、同期駆動回路により、３つのＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇは、互いに同期して、三原色光である赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇをｍ台のプロジェクタ２1〜２ｍに出射する。このとき、プロジェクタ２1〜２ｍのうち、第１のグループを構成するｎ１台のプロジェクタと、第２のグループを構成するｎ２台のプロジェクタと、第３のグループを構成するｎ３台（ただし、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＝ｍ）のプロジェクタとに、互いに異なる３原色光を入射し、かつ、１フレームを例えば、３つに等分割して得られたサブフィールド毎に、上記の各グループのプロジェクタに入射する３原色光を同期して切り替える。
【００３９】
例えば、ｍ台のプロジェクタ２1〜２ｍのうちの垂直方向に並ぶ５台のプロジェクタ２1、２2、２3、２4、２5の入射光の変化を図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に模式的に示す。ここで、プロジェクタ２1と２4は、第１のグループのプロジェクタ群中のプロジェクタ、プロジェクタ２2と２5は、第２のグループのプロジェクタ群中のプロジェクタ、プロジェクタ２3は、第３のグループのプロジェクタ群中のプロジェクタであるものとする。
【００４０】
図１０において、ある１サブフィールドでは、第１のＬＥＤ光源１Ｒは赤色光Ｒをプロジェクタ２2及び２5に出射し、第２のＬＥＤ光源１Ｂは青色光Ｂをプロジェクタ２3に出射し、第３のＬＥＤ光源１Ｇは緑色光Ｇをプロジェクタ２1及び２4に出射する。
【００４１】
続く１サブフィールドでは、第１のＬＥＤ光源１Ｒは赤色光Ｒをプロジェクタ２3に出射し、第２のＬＥＤ光源１Ｂは青色光Ｂをプロジェクタ２1及び２4に出射し、第３のＬＥＤ光源１Ｇは緑色光Ｇをプロジェクタ２2及び２5に出射する。更に、続く１サブフィールドでは、第１のＬＥＤ光源１Ｒは赤色光Ｒをプロジェクタ２1及び２4に出射し、第２のＬＥＤ光源１Ｂは青色光Ｂをプロジェクタ２2及び２5に出射し、第３のＬＥＤ光源１Ｇは緑色光Ｇをプロジェクタ２３に出射する。
【００４２】
以下、同様に、３つのＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇは、予め割り当てられた順序に従い、ｍ台のプロジェクタ２1〜２ｍに対して、各グループ間で互いに重複しないように、サブフィールド単位で巡回的に切り替えて出射する。
【００４３】
３つのＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇから出射された赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇは、ｍ台のプロジェクタ２1〜２ｍ内の照明用レンズを介して高速応答する二次元画像表示素子５を照明する。各二次元画像表示素子５は、図示しない駆動回路を介して画像生成ＰＣ６に接続されており、面順次駆動により、照射された原色光と同一の原色のサブフレームの画像を表示させる。この画像出力に同期した同期信号は、照明光源用の駆動回路（図示なし）に入力され、ＬＥＤ光源１Ｒ、１Ｂ、１Ｇを高速に駆動する。
【００４４】
ここで、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、プロジェクタが２５台（ｍ＝２５）の例の投射レンズ７1〜７25と開口９1〜９25とをフレネル・レンチスクリーン３側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光Ｒ、Ｂ、Ｇを四角で囲んで模式的に示す。
【００４５】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに示すように、プロジェクタ２1〜２25の各二次元画像表示素子５1〜５25、投射レンズ７1〜７25、開口９1〜９25は、左端の一番上から斜め右下方向に１番目から５番目までのプロジェクタ２1〜２5の各二次元画像表示素子５1〜５5、投射レンズ７1〜７5、開口９1〜９5が順番に配置されている。続く左端から２番目の水平方向の位置の一番上から斜め右下方向に６番目から１０番目までのプロジェクタ２6〜２10の各二次元画像表示素子５6〜５10、投射レンズ７6〜７10、開口９6〜９10が順番に配置され、以下同様に５台ずつプロジェクタが全部で２５台アレイ状に配置されている。
【００４６】
このアレイ配置において、図１０に示したように三原色光がサブフィールド毎に切替照射される２５台のプロジェクタ２1〜２25の各二次元画像表示素子から出射した赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇの各画像は、ある１サブフィールドでは図１１Ａに示すように上下に隣接する開口では互いに異なる色度の原色光の画像が照射される。続く１サブフィールドでは図１１Ｂに示すように、上下に隣接する開口では互いに異なり、かつ、直前のサブフィールドとは異なる色度の原色光の画像が照射される。更に続く１サブフィールドでは図１１Ｃに示すように上下に隣接する開口では互いに異なり、かつ、直前のサブフィールドとは異なる色度の原色光の画像が照射される。以下、同様の動作がサブフィールド単位で、かつ、１フレーム（＝３サブフィールド）周期で巡回的に繰り返される。
【００４７】
このような配置の２５台のプロジェクタ内の開口９1〜９25から出射した光は、図１のフレネル・レンチスクリーン３に照射されて垂直方向にのみ拡大される。これにより、フレネル・レンチスクリーン３から図７（ｂ）に示すような複数の縦長四角錐が、図１の観測者の眼球３４に同時に入射した際に知覚される網膜像は、あるサブフィールドにおける短冊状の画像の色度（色相）が図１２（ａ）に示すように、左からＲＧＢＲＧＢＲＧＢＲＧの順に並び、次のサブフィールドでは図１２（ｂ）に示すように左からＧＢＲＧＢＲＧＢＲＧＢの順に並び、次のサブフィールドでは図１２（ｃ）に示すようにＢＲＧＢＲＧＢＲＧＢＲの順に並ぶ。観測者の眼球３４に同時に入射した際に知覚される網膜像は、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、異なる色度の短冊状画像が並び、観測者にはそれら短冊状画像が積分合成されて全体としてカラー画像として認識される。
【００４８】
この結果、各サブフィールドで同色の短冊状画像が並ぶ場合（すなわち、ＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲ、ＧＧＧＧＧＧＧＧＧＧＧ，ＢＢＢＢＢＢＢＢＢＢＢ）に比べて、水平方向に隣接する２つの短冊状画像同士が、互いに色度が異なるため、短冊状画像の合成として得られる眼底像のカラーブレーキング現象を緩和することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、単板式の液晶表示素子を二次元画像表示素子５として多数用いたマルチプロジェクション型の三次元画像表示装置において、フィールドシーケンシャル駆動による高速表示が可能な表示デバイスである二次元画像表示素子５に対して、単色光源の点滅サイクルの位相を互いにずらしながら照明すると共に、複数の二次元画像表示素子５からの光線群に対して特定の表示方向を与えた光線群として観察者の瞳に同時に入射する。
【００５０】
これにより、本実施の形態によれば、観察者の網膜上に水平方向に並んだ観察可能範囲が制限された複数の二次元画像の部分的視差画像を結像させ、複数の二次元画像の部分的視差画像のうち水平方向に隣接する部分的視差画像同士を、サブフィールド単位で切り替わる互いに色度の異なる部分的視差画像とすることができるため、それら部分的視差画像の合成として得られる眼底像のカラーブレーキング現象（色割れ現象）を緩和することができる。これにより、本実施の形態によれば、装置の小型化が容易にでき、かつ、カラーブレーキング現象の低減されたマルチプロジェクション型の三次元画像表示装置を実現することができる。
【００５１】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ｍ台のプロジェクタ２1〜２ｍに対して、互いに重複しないように、サブフィールド単位で巡回的に切り替えて図１３Ａ〜図１３Ｃに模式的に示すように、照射するようにしてもよい。ここで、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、プロジェクタが３６台（ｍ＝３６）の例の投射レンズ７1〜７36と開口９1〜９36とをフレネル・レンチスクリーン３側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光Ｒ、Ｂ、Ｇを四角で囲んで模式的に示す。すなわち、三原色光がサブフィールド毎に切替照射される３６台のプロジェクタ２1〜２36の各二次元画像表示素子から出射した赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇの各画像は、ある１サブフィールドでは図１３Ａで示すように照射され、続く１サブフィールドでは図１３Ｂで示すように照射され、続く１サブフィールドでは図１３Ｃで示すように照射される。以下、同様の動作がサブフィールド単位で、かつ、１フレーム（＝３サブフィールド）周期で巡回的に繰り返される。
【００５２】
すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｃに示す例では、水平方向に並ぶ６つの異なるプロジェクタの開口には同一原色光で、かつ、斜め垂直方向に並ぶ６つの異なるプロジェクタの開口のうち隣接する２つの開口には異なる原色光を照射し、サブフィールド毎にその原色光を切り替えるものである。
【００５３】
ところで、本発明の三次元画像表示方法は、三次元表示のコンテンツ（情報の内容）として、水平方向に関しては物体を様々な角度から平行投影法により撮影した画像を使用する。従来の多眼式による表示方法では水平・垂直ともに透視投影法で撮影した画像がしばしば使用されるが、本発明の実施には適さない。これは、本発明の三次元画像表示方法が、物体（被写体あるいはＣＧ技術におけるオブジェクト）の発する光線を特定の視点から標本化した画像（視点画像）として表現するのではなく、物体の光線を角度単位で標本化することにより光線空間を再現するために準平行光線が必要となるからである。
【００５４】
なお、「準平行光線」という意味は、偏心した投射光学系の開口絞り中心を通る光線、すなわち主光線（principal ray）同士が平行（テレセントリック）な状態であることに加え、主光線（principal ray）の周りの外縁光線（marginal ray）についても発散角が小さいということである。発散角が小さいことは、共有レンズ１６とレンチキュラーシート１７からなるフレネル・レンチスクリーン３から離れた奥行き位置に空間像を形成する際に重要である。
【００５５】
このような発散角の小さなテレセントリック光線（準平行光線）を空間に投射させて、これらの光線の交点を空間の異なる奥行き範囲に形成することにより、三次元画像を表現することができる。
【００５６】
以上、詳述したように本実施の形態によれば、偏心をもつマルチプロジェクション光学系とフレネルレンズで構成する多重アフォーカル光学系に近接させて共通像面を配置して空間に多数の光線を投射して空間像を形成させるものである。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、従来の高密度指向性表示方式による三次元画像表示装置がシンプルかつコンパクトな光学系で具現化できるようになると共に、広視域化と大画面化の両立が容易になる。更に、本実施の形態によれば、良好な収差特性をもち網膜像の不連続性が知覚されない自然な三次元映像を現在実用化されている表示デバイスを用いて実現することが可能になる。
【００５８】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば１サブフレームは、１／３フレームに限定されるものではなく、１／３ｋ（ｋは１以上の自然数）であればよい。
【００５９】
また、上記の実施の形態では、便宜上、ＲＧＢの３原色として説明したが、原色数は３に限定されるものではなく、原色数が４以上のいわゆる多原色表示においても好適に実施可能である。すなわち、色度の異なる４以上の光源（LED光源やレーザー光源）を用いたり、あるいは１個の白色光源と４色以上のカラーホイールを使用したりすることにより、色再現範囲を拡大し、より自然な色度の三次元映像を色割れなく表示できるようになる。
【００６０】
また、二次元画像表示素子５としては、反射型液晶表示素子を用いることができる。この反射型液晶表示素子には、高い解像度を有する反射型液晶表示素子であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を使用することが好ましい。特に、本出願人が製造、販売するＬＣＯＳであるＤ−ＩＬＡ（登録商標）のうち、解像度が４０９６×２１６０画素のものを用いると、大画面で高解像度の三次元画像表示装置を好適に実現することができる。
【００６１】
勿論、反射型液晶表示素子の替わりに、ＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon：高温ポリシリコンＴＦＴ液晶）に代表される透過型液晶あるいはＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）などの他のマイクロディスプレイデバイス（Micro Display Device：ＭＤ）を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の三次元画像表示装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の要部の一例の概略斜視図、各部の正面図である。
【図３】図１中のフレネル・レンチスクリーンの要部のレンチキュラーシートの一例の概略斜視図である。
【図４】本発明の三次元画像表示装置の基本構成を示す上面図である。
【図５】本発明の三次元画像表示装置の基本構成を示す側面図である。
【図６】偏心をもつ投射光学系アレイの実施形態を示す図である。
【図７】フレネル・レンチスクリーンにおけるレンチキュラー面の作用を示す図である。
【図８】肉眼観察時の網膜上の像の一例を示す図（その１）である。
【図９】肉眼観察時の網膜上の像の一例を示す図（その２）である。
【図１０】図１中の５台のプロジェクタ５台のプロジェクタの入射光の変化の一実施の形態を模式的に示す図である。
【図１１Ａ】プロジェクタが２５台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その１）である。
【図１１Ｂ】プロジェクタが２５台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その２）である。
【図１１Ｃ】プロジェクタが２５台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その３）である。
【図１２】フレネル・レンチスクリーンから出射した光が、観測者の眼球に同時に入射した際に知覚される、各サブフィールドにおける短冊状の画像の色度（色相）の一例を示す図である。
【図１３Ａ】プロジェクタが３６台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、ある１サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その１）である。
【図１３Ｂ】プロジェクタが３６台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、次の１サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その２）である。
【図１３Ｃ】プロジェクタが３６台の例の投射レンズと開口とをフレネル・レンチスクリーン側から見た正面図において、サブフィールドにおける照射原色光を模式的に示す図（その３）である。
【符号の説明】
【００６３】
１Ｒ、１Ｂ、１Ｇ  ＬＥＤ光源
２1〜２m  プロジェクタ
３  フレネル・レンチスクリーン
５、５1〜５m  二次元画像表示素子
６  画像生成ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
７、７1〜７m  投射レンズ
８  ホストＰＣ（パーソナルコンピュータ）
９  開口
１０  二次元画像表示素子アレイ
１２  レンズアレイ
１４  開口アレイ
１６  共有レンズ
１７  レンチキュラーシート
１８  共通像面
１９  光軸
３１  立方体の空間像
３２  球体の空間像
３４  眼球
１００  三次元画像表示装置
【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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