(57)【要約】【課題】スクリーンからの光線の指向性を向上し、スクリーンから飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示し、多人数で観察するのに十分に広い視域を実現する。【解決手段】投射レンズ２０ａ〜２０ｅはＹ方向に等間隔に配置されている。投射レンズ２０ａ〜２０ｅに対して、各々の空間光変調素子１０ａ〜１０ｅが水平方向及び垂直方向に偏心した位置に配置されている。空間光変調素子１０ａ〜１０ｅから発散する光線は垂直拡散スクリーン５０で収束して結像し、垂直拡散スクリーン５０上に画素５０Ａ〜５０Ｅを形成する。画素５０Ａ〜５０Ｅは、方向によって異なる輝度と色度をもつ主光線を発する。これにより、投射レンズ２０ａ〜２０ｅから射出される光線の角度範囲を最大限に利用できる。これにより、フレネルレンズを使用しない構成にでき、垂直拡散スクリーン５０からの光線の指向性の向上と、大きい入射角同士の光線の平行化を実現できる。【選択図】図２
2010054917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の投射レンズと、
前記複数の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた前記投射レンズの物体面上にあって前記投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の空間光変調素子と、
前記複数の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、
前記複数の投射レンズの像面上にあって、前記複数の空間光変調素子の画素からそれぞれ射出される前記照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として前記主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンと
を備えることを特徴とする裸眼立体表示装置。
【請求項２】
前記スクリーン上に結像された複数の画素のそれぞれから異なる方向に投射される前記主光線の角度ピッチを、前記複数の投射レンズのＦ値、又は前記スクリーンの水平拡散角、又は前記照明光学系のＦ値に一致させる手段を備えることを特徴とする請求項１記載の裸眼立体表示装置。
【請求項３】
前記複数の投射レンズ、前記複数の空間光変調素子、及び前記照明光学系からなり、前記複数の投射レンズからそれぞれ投射された前記主光線により前記スクリーンに共通の複数の画素を結像する構成をプロジェクタアレイユニットとしたとき、第１のプロジェクタアレイユニットに対して、水平方向でかつ一方向に所定間隔ずつシフトした複数の第２のプロジェクタアレイユニットを配置すると共に、前記水平方向でかつ前記一方向とは反対方向に前記所定間隔ずつシフトした複数の第３のプロジェクタアレイユニットを配置し、
前記第１乃至第３のプロジェクタアレイユニットから前記スクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、前記スクリーンから射出する前記主光線を互いにテレセントリックに投射させることを特徴とする請求項１又は２記載の裸眼立体表示装置。
【請求項４】
前記複数の投射レンズ、前記複数の空間光変調素子、及び前記照明光学系からなり、前記複数の投射レンズからそれぞれ投射された前記主光線により前記スクリーンに結像する複数の画素の像面を共通化しない構成を非共通像面プロジェクタアレイユニットとしたとき、水平方向に所定間隔ずつシフトした複数の非共通像面プロジェクタアレイユニットを配置し、
前記非共通像面プロジェクタアレイユニットから前記スクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、前記スクリーンから射出する前記主光線を互いにテレセントリックに投射させることを特徴とする請求項１又は２記載の裸眼立体表示装置。
【請求項５】
前記スクリーンに重ねて投射された前記複数の空間光変調素子からの画像の歪曲収差又は倍率色収差を電気的に補正する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の裸眼立体表示装置。
【請求項６】
水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の第１の投射レンズと、
水平及び垂直の両方向に対してそれぞれ傾斜した方向に二次元配置され、かつ、前記水平方向に対して傾斜した方向に等間隔で配置された複数の第２の投射レンズと、
前記複数の第１の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた前記第１の投射レンズの物体面上にあって前記第１の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第１の空間光変調素子と、
前記複数の第２の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた前記第２の投射レンズの物体面上にあって前記第２の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第２の空間光変調素子と、
前記複数の第１及び第２の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、
前記複数の第１及び第２の投射レンズの像面上にあって、前記複数の第１及び第２の空間光変調素子の画素からそれぞれ出射される前記照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素(50A〜50E)のそれぞれを二次光源として前記主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンと
を備えることを特徴とする裸眼立体表示装置。
【請求項７】
前記第２の空間光変調素子は、その光軸が前記第２の投射レンズの光軸と互いに平行に偏心され、かつ、前記投射レンズの光軸に対して傾きをもって偏心されていることを特徴とする請求項６記載の裸眼立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は裸眼立体表示装置に係り、特にメガネを使用しないで自然な立体像を表示する裸眼立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のハイビジョン市場の成熟に伴い、特殊なメガネを使用しないで立体像を視覚可能な裸眼立体表示装置の開発が活発に行われている。裸眼立体表示装置の実用化に向けた最大の課題は立体像の解像度と視域（立体像を回り込んで観察することのできる範囲。一般の二次元ディスプレイの場合は視野角と呼ばれる）の両立である。しかし、現行の表示デバイスを用いたのでは、実用的な解像度と視域を得ることは極めて困難である。
【０００３】
これを解決するために、複数の表示デバイスを用いることにより解像度と視域を向上させた三次元画像表示技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。図２７は、この特許文献１記載の三次元画像表示装置の一例の構成図を示す。同図に示すように、この特許文献１記載の三次元画像表示装置は、水平方向の間隔が等間隔になるように二次元配置した多数のプロジェクタ内の空間光変調素子１０ａ〜１０ｅから投射レンズ２０ａ〜２０ｅを通して射出された光線をレンズシフトにより偏向させ、スクリーン上に重畳させて投射した後に、当該スクリーンからの光線を垂直方向には拡散するとともに水平方向には平行光として（テレセントリックに）異なる方向に投射することにより、水平方向の立体視に特化した高画質な裸眼立体像を実現する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０９９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１記載の従来の三次元画像表示技術によれば、スクリーンが２枚構成であって、図２７に示すように垂直拡散スクリーン５０に近接させてフレネルレンズ４０が配置されており、フレネルレンズ４０により、その物体側焦点距離と投射距離が一致するように構成することによって主光線を互いに平行化（テレセントリックに）するために用いられる。
【０００６】
しかしながら、この構成ではフレネルレンズ４０の光軸近傍の空間光変調素子からの入射光に対してはほぼ平行化できたとしても、光軸から遠く離れた空間光変調素子からの入射光に対しては平行化することは困難である。その理由は、フレネルレンズ４０は本質的に単レンズだからである。すなわち、屈折面を高々２面しかもたない１枚のフレネルレンズ４０で平行化できる光線の入射角の範囲には限界があり、たとえ非球面フレネルレンズを用いたとしても、複数人で観察するのに十分な角度、例えば全角４０度以上で平行化することは、事実上困難である。このため、いくらプロジェクタの数を増やしても十分に視域が広がらないという課題がある。
【０００７】
また、フレネルレンズの溝で光が拡散することにより、水平方向の光の指向性が低下し、スクリーンから手前に飛び出した位置での立体像の解像度が低下する。このため、スクリーン付近またはスクリーン奥にしか立体像を表示でき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、スクリーンからの光線の指向性を向上し、スクリーンから飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示でき、また、多人数で観察するのに十分に広い視域を実現可能な裸眼立体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、本発明の裸眼立体表示装置は、水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の投射レンズと、複数の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた投射レンズの物体面上にあって投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の空間光変調素子と、複数の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、複数の投射レンズの像面上にあって、複数の空間光変調素子の画素からそれぞれ射出される照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、スクリーン上に結像された複数の画素のそれぞれから異なる方向に投射される主光線の角度ピッチを、複数の投射レンズのＦ値、又はスクリーンの水平拡散角、又は照明光学系のＦ値に一致させる手段を備えてもよい。
【００１１】
また、本発明は、複数の投射レンズ、複数の空間光変調素子、及び照明光学系からなり、複数の投射レンズからそれぞれ投射された主光線によりスクリーンに共通の複数の画素を結像する構成をプロジェクタアレイユニットとしたとき、第１のプロジェクタアレイユニットに対して、水平方向でかつ一方向に所定間隔ずつシフトした複数の第２のプロジェクタアレイユニットを配置すると共に、水平方向でかつ一方向とは反対方向に所定間隔ずつシフトした複数の第３のプロジェクタアレイユニットを配置し、第１乃至第３のプロジェクタアレイユニットからスクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、スクリーンから射出する主光線を互いにテレセントリックに投射させるようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明は、複数の投射レンズ、複数の空間光変調素子、及び照明光学系からなり、複数の投射レンズからそれぞれ投射された主光線によりスクリーンに結像する複数の画素の像面を共通化しない構成を非共通像面プロジェクタアレイユニットとしたとき、水平方向に所定間隔ずつシフトした複数の非共通像面プロジェクタアレイユニットを配置し、
非共通像面プロジェクタアレイユニットからスクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、スクリーンから射出する主光線を互いにテレセントリックに投射させるようにしてもよい。また、スクリーンに重ねて投射された複数の空間光変調素子からの画像の歪曲収差又は倍率色収差を電気的に補正する手段を備えるようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明は、水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の第１の投射レンズと、水平及び垂直の両方向に対してそれぞれ傾斜した方向に二次元配置され、かつ、水平方向に対して傾斜した方向に等間隔で配置された複数の第２の投射レンズと、複数の第１の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた第１の投射レンズの物体面上にあって第１の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第１の空間光変調素子と、複数の第２の投射レンズに対して１対１に対応して設けられ、対応して設けられた第２の投射レンズの物体面上にあって第２の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第２の空間光変調素子と、複数の第１及び第２の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、複数の第１及び第２の投射レンズの像面上にあって、複数の第１及び第２の空間光変調素子の画素からそれぞれ出射される照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンとを備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記の第２の空間光変調素子は、その光軸が第２の投射レンズの光軸と互いに平行に偏心され、かつ、投射レンズの光軸に対して傾きをもって偏心されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フレネルレンズを使用しない構成にしたため、スクリーンからの光線の指向性が向上し、スクリーンから飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示できる。また、本発明によれば、大きい入射角同士の光線も平行化することが可能となり、多人数で観察するのに十分に広い視域が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１７】
図１は、本発明になる裸眼立体表示装置の一実施の形態の電気系の基本構成図を示す。同図において、裸眼立体表示装置１は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２と、ＰＣ２からのデータをｎ分岐するハブ３と、ハブ３に接続されたｎ台のネットワーク接続ストレージ(Network Attached Storage:NAS)４−１〜４−ｎと、ＮＡＳ４−１〜４−ｎに対して１対１に対応して設けられ、ＨＤＭＩ(High-Definition Multimedia Interface)ケーブルを介して接続されたプロジェクタ（ＰＪ）５−１〜５−ｎとからなる。
【００１８】
ネットワーク上で読み取り可能な記憶媒体であるＮＡＳ４−１〜４−ｎのそれぞれは、１台のＰＣ２からマルチキャストにより同時に送信されたデータを受け、映像出力のタイミングをフレーム単位で制御する。ＮＡＳ４−１〜４−ｎのそれぞれは、ゲンロック(GENeratorLOCK、ジェンロックともいう)機構又はゲンロックと同等な同期手段を有しており、各視点画像(view1_sig〜viewn_sig)の位相と周波数を同期させる。ＮＡＳ４−１〜４−ｎのそれぞれから出力された各視点画像(view1_sig〜viewn_sig)は、ＨＤＭＩケーブルを介してプロジェクタ５−１〜５−ｎに入力される。
【００１９】
プロジェクタ５−１〜５−ｎは、それぞれ入力された各視点画像を空間光変調素子に供給して二次元画像表示させ、その画像表示された光を投射レンズを通してスクリーン６に投射し、スクリーン６からの空間における各光線の交点に球形の立体像７や直方体の立体像８などの所望の立体像を表示させる。
【００２０】
以上の構成のうち、本実施の形態の裸眼立体表示装置１は、プロジェクタ５−１〜５−ｎの配置構成が、以下説明する各実施の形態のいずれかの構成である点に特徴を有し、スクリーン６としてフレネルレンズを使用しない構成のスクリーンを用いることができるようにしたものである。
【００２１】
次に、本発明の裸眼立体表示装置の光学系（プロジェクタ５−１〜５−ｎの配置構成）の各実施の形態について図面と共に説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明になる裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、空間光変調素子１０ａと投射レンズ２０ａとは第１のプロジェクタ内に設けられている。同様に、空間光変調素子１０ｂと投射レンズ２０ｂ、空間光変調素子１０ｃと投射レンズ２０ｃ、空間光変調素子１０ｄと投射レンズ２０ｄ、空間光変調素子１０ｅと投射レンズ２０ｅは、それぞれ別々のプロジェクタ内に設けられている。なお、図示を省略したが、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの各照明光学系も各プロジェクタ内に設けられている。
【００２３】
また、図２の基本構成図及び図３の斜視図に示すように、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅと、投射レンズ２０ａ〜２０ｅとが、垂直拡散スクリーン５０の前方に配置されている。また、図４の正面図において、実線の円は図２に示した投射レンズ２０ａ〜２０ｅ及び図２には図示されていない他のプロジェクタ内の投射レンズを模式的に示す。投射レンズ２０ａ〜２０ｅ等の投射レンズは、水平方向に例えば５つ配置され、斜め垂直方向に例えば５つ配置された２次元配置とされている。また、図４において、斜め垂直方向に隣接する投射レンズ間は水平方向に距離Ｘ１だけずれて配置され、最上部位置の投射レンズと水平方向に隣接する最下部位置の投射レンズとの間は水平方向に距離Ｘ２だけずれて配置されている。更に、図４に示すように、投射レンズ２０ｆ等の各投射レンズの有効径内の位置に離間対向して、空間光変調素子１０ｆ等の空間光変調素子が設けられている。
【００２４】
図２において、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅは、例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ）、反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ）、反射型素子（ＤＭＤ：登録商標）、光の回折効果を利用して光の向きや色などを制御する投影デバイス「マイクロリボンアレイ」を使用した表示素子（ＧＬＶ：登録商標）などで構成された二次元画像表示装置である。また、投射レンズ２０ａ〜２０ｅは、１対１に対応して設けられた空間光変調素子１０ａ〜１０ｅで表示された画像からの光を垂直拡散スクリーン５０に投射する。ここでは、投射レンズ２０ａ〜２０ｅは１枚の単レンズとして描かれているが、実際には複数のレンズからなるレンズ系、および個々のレンズを保持するホルダー、通過する光線のＦナンバーを決める開口絞りからなる。
【００２５】
また、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅは、図示しない光源及び照明光学系によってそれぞれ照明されているものとする。照明光学系は超高圧水銀ランプのような周知の白色光源のほか、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーのような周知の単色光源でもよい。白色光源の場合は、カラーフィルタやダイクロイックフィルター等を用いた周知のカラー化技術によって色度を付与されるが、ここでは説明を省略する。
【００２６】
垂直拡散スクリーン５０は、図１に示したスクリーン６に相当し、例えば、レンチキュラースクリーンやホログラフィックスクリーンなどであり、垂直方向に拡散した光を射出する。ここで垂直方向とは図２中、Ｘ方向である。また、図２中、水平方向はＹ方向、奥行き方向はＺ方向を指す。垂直拡散スクリーン５０上には、投射レンズ２０ａ〜２０ｅから投射された光により画素５０Ａ〜５０Ｅが結像されている。また、投射レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅから投射されて垂直拡散スクリーン５０から射出される光１０ａ１〜１０ａ５，１０ｂ１〜１０ｂ５、１０ｃ１〜１０ｃ５，１０ｄ１〜１０ｄ５、１０ｅ１〜１０ｅ５は、主光線を表す。また、主光線１０ｃ３の周囲の１０ｃ３ｍは外縁光線を表す。すべての主光線に外縁光線が付随するが、１０ｃ３ｍ以外の外縁光線は図の簡略化のため省略している。
【００２７】
次に、図２の基本動作について説明する。空間光変調素子１０ａ〜１０ｅに対する照明光は、光の強度及び色度が画素単位で変調され、投射レンズ２０ａ〜２０ｅを通過する。投射レンズ２０ａ〜２０ｅは水平方向（Ｙ方向）に等間隔に配置されている。これに対し、投射レンズ２０ａ〜２０ｅのそれぞれの図示しない光軸に対して、各々の空間光変調素子１０ａ〜１０ｅが水平方向及び垂直方向に偏心した位置に配置されている。プロジェクタの周知技術としてレンズシフト機構があるが、ここでは一定間隔で固定されたレンズに対して空間光変調素子１０ａ〜１０ｅをシフトさせている。
【００２８】
空間光変調素子１０ａ〜１０ｅと垂直拡散スクリーン５０とは共役関係にあり、外縁光線１０ｃ３ｍに示すように空間光変調素子１０ａ〜１０ｅから発散する光線は垂直拡散スクリーン５０で収束して結像し、垂直拡散スクリーン５０上に画素５０Ａ〜５０Ｅを形成する。ここで形成された画素５０Ａ〜５０Ｅは、一般的なプロジェクタで形成する画素とは異なり、方向によって異なる輝度と色度をもつ光線（主光線とその周りに付随する外縁光線）を発するものである。例えば、画素５０Ｃからの主光線は、図２の上から１０ｅ３、１０ｄ３、１０ｃ３、１０ｂ３、１０ａ３で、これらは各々異なる空間光変調素子１０ｅ、１０ｄ、１０ｃ、１０ｂ、１０ａから射出された光によるものである。
【００２９】
図５は、垂直拡散スクリーン５０上の一つの画素から射出される光線の様子を示す図である。図５（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は斜視図である。図５（ａ）に示すように、垂直拡散スクリーン５０上の画素からは、水平面上異なる方向（図５では１９方向）に細長い扇形の光線が射出されている。各扇形の頂角が、プロジェクタのＦ値に対応し、隣り合う扇形は重ならず、かつ、隙間が無いようにＦ値を設計する。この設計が不完全であると、視点をＹ方向（水平方向）に移動したときに輝度むらが観測されることになる。
【００３０】
図５（ｂ）の側面図は、画素からの光線が垂直方向に拡散される様子を示している。垂直拡散スクリーン５０上で垂直拡散を行うのは、垂直方向の立体情報を放棄することにより、水平方向により高密度な光線を再現するためである。図５（ｃ）の斜視図に示すように、垂直方向に細長い四角錘の形状の光線が多方向に射出されている。
【００３１】
図６は、垂直拡散スクリーン５０上の複数の画素から射出される光線の様子を示す図である。図６（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は斜視図を示す。図６（ａ）に示すように、垂直拡散スクリーン５０上の複数の画素からの光線は、扇形空間に集積されて点の三次元画像が形成される。一般の三次元画像は、この点の三次元画像が多数個集まったものとして形成される。
【００３２】
図６（ｂ）は、垂直拡散スクリーン５０上で垂直拡散される光線の様子を示す図で、図５（ｂ）で説明したのと同様に、画素からの光線が垂直方向に拡散される様子を示している。図６（ｃ）の斜視図は、垂直方向に細長い四角錐の形状の光線が空間に形成され、水平方向の三次元画像が形成されている様子を示している。
【００３３】
そして、上記の垂直拡散スクリーン５０上で結像された図２に示す各画素から射出される主光線の周りに付随する外縁光線は拡大像のため、垂直拡散スクリーン５０付近ではＦ１０程度の大きなＦ値となっている。しかも、図５、図６と共に説明したように水平方向（Ｙ方向）には垂直拡散スクリーン５０による拡散を全く受けないか、または僅かに拡散されるのみであるため、水平方向には指向性の高い光線が、図２の画素５０Ａ〜５０Ｅから異なる方向に発せられることになる。これらの指向性の高い光線が高い密度で空間に投射されると、図７に概念的に示すように光線の交点として奥行きの異なる位置に、図１に示した立体像７、８に相当する立体像３１、３２が形成される。
【００３４】
ところで、特許文献１記載の三次元画像表示装置では、前述したように垂直拡散スクリーンに近接させてフレネルレンズが配置された構成のスクリーンを使用していた。ここで、このフレネルレンズによる悪影響について更に詳細に説明する。上記スクリーン中のフレネルレンズの球面収差の影響により、スクリーンから射出する光線はスクリーンに投射されるプロジェクタの光軸から離れるほどテレセントリック性が悪化する。
【００３５】
テレセントリック性が悪化すると、光線同士の交点が空間的に歪んだ状態となるため、意図した位置に立体像が表示できなくなる。特に、スクリーンのサイズを大きくすればするほどスクリーン周辺で大きな屈折角が必要になることから、テレセットリック性は悪化する。例えば、スクリーンサイズが２００インチ程度の高臨場感立体映像システムを構築する際には、非球面フレネルレンズを用いたとしても全プロジェクタをテレセントリックにすることは極めて困難である。大画面化に制約があることは、プロジェクタを用いた映像システムにとって大きなデメリットといえる。
【００３６】
また、フレネルレンズは光線の指向性も悪化させる。これは、フレネルレンズの溝の段差部分（急峻な傾きを有する面で、光の屈折には寄与しない面）に光が照射されることで生じるものであり、スクリーンサイズに関わらず発生する。フレネルレンズの溝部分の拡散により外縁光線が広がり、結像Ｆ値よりも小さなＦ値となって、指向性の低い光線として垂直拡散スクリーンから射出されることになる。このように拡散した光線同士が交わったとしても、垂直拡散スクリーンから離れた位置に立体像を形成することは困難である。
【００３７】
そこで、前述したように本発明では、フレネルレンズを排除することにより、光線の指向性を高める。もちろん、単にフレネルレンズを取り除いただけでは不十分である。なぜなら、図２からわかるように、本来テレセントリックであるべき主光線１０ａ１〜１０ａ５、あるいは１０ｂ１〜１０ｂ５等がテレセントリックでないからである。
【００３８】
図２において、垂直拡散スクリーン５０の中心付近に立体像を表示させるのであれば、このような非テレセントリックな光線を前提とした立体画像をＣＧ（コンピュータグラフィックス）で描画して表示することも可能である。しかしながら、画素５０Ａや画素５０Ｅから射出される光線が示すように、垂直拡散スクリーン５０の周辺部ではスクリーン外側に向かって光線が射出されるため、スクリーン中央付近から観察する場合、スクリーン周辺が欠ける、すなわち視野が限定されるという不具合が生じる。
【００３９】
そこで、本発明の第１の実施の形態では、フレネルレンズを用いることなく、垂直拡散スクリーン５０から射出される光線が互いにテレセントリックになるような光学系として、図２に示した複数のプロジェクタを１つのプロジェクタアレイユニットとしたとき、複数のプロジェクタアレイユニットを互いに水平方向にシフトさせて配置した構成としたものである。
【００４０】
図８は、本発明の第１の実施の形態の構成の過程を説明する平面図、図９は、図８の要部の正面図を示す。両図中、同一構成部分には同一符号を付してある。図８において、空間光変調素子１０ａ〜１０ｂおよび各々の投射レンズ２０ａ〜２０ｅからなる複数の投射表示装置を１つのユニットとして扱い、これをプロジェクタアレイユニット１０と呼ぶことにする。このプロジェクタアレイユニット１０をＹ方向（水平方向）に一定の間隔だけシフトしたもの（太線で描いてある）を新たなプロジェクタアレイユニット１１とする。
【００４１】
図９の正面図において、細い実線の円の各々はプロジェクタアレイユニット１０を構成する各プロジェクタの投射レンズを模式的に示す。また、太い実線の円の各々はプロジェクタアレイユニット１１を構成する各プロジェクタの投射レンズを模式的に示す。また、図９において、斜め垂直方向に隣接するプロジェクタアレイユニット１０の投射レンズとプロジェクタアレイユニット２０の投射レンズとの間は水平方向に距離Ｘ３だけずれて配置されている。更に、図９に示すように、投射レンズ２１ｆ等のプロジェクタアレイユニット１１の各投射レンズの有効径内の位置に離間対向して、空間光変調素子１１ｆ等の空間光変調素子が設けられている。
【００４２】
図９にＸ３で示すプロジェクタアレイユニット１０とプロジェクタアレイユニット１１との間の水平方向のシフト量は、図８に示した垂直拡散スクリーン５０上の画素５０Ｄと５０Ｅの間隔に等しくとるものとする。そうすると、新たなプロジェクタユニット１１を構成する空間光変調素子１１ａから射出された主光線１１ａ５は、もとのプロジェクタユニット１０を構成する空間光変調素子１０ａから射出された主光線１０ａ５と、その光路が互い平行になる。
【００４３】
また、空間光変調素子１１ｂから射出された主光線１１ｂ５と空間光変調素子１０ａから射出された主光線１０ｂ５の各光路も互いに平行になる。同様に、主光線１１ｃ５と主光線１０ｃ５、主光線１１ｄ５と主光線１０ｄ５、主光線１１ｅ５と主光線１０ｅ５の各光路についても各々平行になる。
【００４４】
従って、画素５０Ｄ、５０Ｅから射出されるこれらの主光線についてはテレセントリックな状態が実現できる。他の画素５０Ａ〜５０Ｃからの主光線についても同様にテレセントリックになる。しかし、まだ図８に示す状態では垂直拡散スクリーン５０から射出される光線すべてがテレセントリックになっておらず、視野が限定された状態にある。
【００４５】
そこで、図１０に示すように、新たなプロジェクタアレイユニット１２を追加する。このプロジェクタアレイユニット１２は、プロジェクタアレイユニット１０、１１と同一構成であり、プロジェクタアレイユニット１１に対して水平方向に前記シフト量Ｘ３だけシフトさせて配置される。
【００４６】
図１０に示す構成の裸眼立体表示装置では、まだすべての主光線はテレセントリックではないが、図１０に示すように画素５０Ａから射出された光線のうちスクリーン内側に向かう光線も現れるようになる。これは視野が広がることを意味する。同時に、垂直拡散スクリーン５０上の１つの画素から射出される光線の角度範囲も広がる。これは立体視する際に回り込んで観察可能な範囲である視域が広がることを意味する。
【００４７】
そして、更に図１１に示すように、プロジェクタアレイユニット１０〜１２と同一構成のプロジェクタアレイユニット１３を新たに追加し、プロジェクタアレイユニット１２に対して水平方向に前記シフト量Ｘ３だけシフトさせて配置すると、スクリーン端の画素５０Ａからの光線の射出角が大きくなり、更に視野が拡大すると同時に、視域も拡大する。
【００４８】
更に、図１２に示すように、プロジェクタアレイユニット１０〜１３と同一構成のプロジェクタアレイユニット１４を新たに追加し、プロジェクタアレイユニット１３に対して水平方向に前記シフト量Ｘ３だけシフトさせて配置すると、図１２に示すように、スクリーン上端の画素５０Ａからの主光線はＺ軸に対して対称になる。その他の画素５０Ｂ〜５０Ｅからの主光線についてはＺ軸に対して非対称であるが、今度はＹ軸の負の方向に対してプロジェクタアレイユニットを追加しシフトさせることで図１３に示すように対称化することができる。
【００４９】
すなわち、図１３は、本発明になる裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の最終的な構成図を示す。本実施の形態の裸眼立体表示装置は、図１３に示すようにＹ軸の正方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニット１１、１２、１３、１４を改めて１１Ｒ、１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒと記載し、Ｙ軸の負方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニットを１１Ｌ、１２Ｌ，１３Ｌ，１４Ｌとする。
【００５０】
このようにプロジェクタアレイユニット同士をシフトさせることにより、垂直拡散スクリーン５０のすべての画素５０Ａ〜５０Ｅから射出される主光線が、各画素を通りＺ軸に平行な軸に対して対称になり、テレセントリックな光線が射出されるようになる。従って、図１３に示した第１の実施の形態の裸眼立体表示装置によれば、図２７に示した従来装置におけるフレネルレンズ４０とそれに近接したスクリーン５０から射出される光線１０ａ１〜１０ｅ５と等価な光線が、複数のプロジェクタアレイユニットを互いにシフトさせて配置した構成において実現することができる。
【００５１】
ここで、図２７における従来装置の光線状態と図１３における本発明の第１の実施の形態の光線状態との間には大きな違いがある。それは画素５０Ａ〜５０Ｅの各々から射出される光線の最大射出角（垂直拡散スクリーン５０に垂直な方向（Ｚ方向）と光線がなす角度）が図２７に比べて図１３の方が大きく、視域が広いということである。これを以下に数式を用いて定量的に説明する。
【００５２】
まず、図２７に示した従来装置の最大射出角について説明する。図２７に示す光線状態における光線の最大射出角、すなわちＺ軸と主光線１０ａ１〜１０ａ５とがなす角度は、空間光変調素子１０ａと投射レンズ２０ａとの最大偏心量で決まる。図２７において、投射レンズの焦点距離をｆ、投射レンズ２０ａ〜２０ｅの物体側主点と空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの距離をａ、投射レンズ２０ａ〜２０ｅの像側主点とフレネルレンズ４０（またはそれに近接する垂直拡散スクリーン５０）との距離をｂとすると、結像関係の次式
（１／ａ）−（１／ｂ）＝１／ｆ          （１）
が成立する。
【００５３】
また、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの水平方向（Ｙ方向）の長さをｙｄ、フレネルレンズ４０（またはそれに近接する垂直拡散スクリーン５０）の水平方向（Ｙ方向）の長さをｙｓとするとき、投射倍率Ｍは次式で表される。
【００５４】
Ｍ＝ｙs／ｙd＝ｂ／ａ                    （２）
ここで、投射レンズ２０ａ〜２０ｅの各々に対する空間光変調素子１０ａ〜１０ｅのＹ方向のシフト量をΔｙとし、最大のシフト量△ｙ＿maxをとる空間光変調素子１０ａと投射レンズ２０ａに着目する。光線の最大射出角は、垂直拡散スクリーン５０から射出される光線１０ａ１〜１０ａ５と垂直拡散スクリーン５０の法線とのなす角であるから、この角度をφ＿oldとすると、φ＿oldは次式で表される。
【００５５】
φ＿old＝ｔａｎ-1（Δｙ／ａ）＝ｔａｎ-1（ｓｙ／ａ）        （３）
ただし、（３）式中、ｓは次式で表されるシフト割合を示す。
【００５６】
ｓ＝Δｙ／ｙ                                  （４）
ここで、ｙはＹ軸と同じ向きの水平方向座標を示し、その座標原点は各々の投射レンズの中心である。
【００５７】
次に、図１３に示す本発明の第１の実施の形態の裸眼立体表示装置における最大射出角について説明する。図１３の第１の実施の形態の裸眼立体表示装置における最大射出角は、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの各々の最大物体高から発する光線がなす角である。この角度は図２における光線の最大射出角である１０ａ５と垂直拡散スクリーン５０の法線がなす角度に等しい。この角度をφ＿newとすると、次式で表される。
【００５８】
【数１】
2010054917.tif 000003
従って、図２７に示した従来装置の構成と図１３に示す本実施の形態の装置の構成との最大射出角の差△φは次式で表される。
【００５９】
【数２】
2010054917.tif 000004
（６）式の右辺は１より大であるから、従来のフレネルレンズを用いた図２７に示した装置構成における最大射出角φ＿oldよりも、本実施の形態の構成の最大射出角φ＿newの方が大きくなる。
【００６０】
図１４は、上記の最大射出角φ＿old及びφ＿newとシフト割合ｓとの関係の一例のグラフを示す。このグラフは、ａ＝２０ｍｍ、ｙ＝１５ｍｍの場合に、シフト割合ｓに対して最大射出角φ＿old及びφ＿new、並びに△φ＝φ＿new−φ＿oldがどのようになるかをプロットしたグラフである。同図において、黒四角でプロットした本実施の形態の最大射出角φ＿newは、黒丸でプロットした従来の最大射出角φ＿oldに対して、シフト割合ｓが大きくなればなるほど大きくなることが分かる。
【００６１】
例えば、レンズシフト機能を有する投射レンズが有する水平方向のシフト割合として一般的な値であるｓ＝３０％付近で見ると、従来の最大射出角φ＿oldが１３度であるのに対し、本実施の形態の最大射出角φ＿newは３１度となり、本実施の形態の方が最大射出角が２倍以上に拡大できることが分かる。この最大射出角は、そのまま立体視可能な範囲である視域（あるいは視野角）に結びついており、この例の場合は全角で６２度の視域が得られ、従来にない広視域の裸眼立体表示装置が実現できる。
【００６２】
このように、第１の実施の形態では、水平方向に一定間隔で配置した複数の投射レンズの各々に対して、空間光変調素子を水平方向にシフトさせることにより異なる方向に指向性の高い光線を射出する裸眼立体表示装置において、各々の投射レンズから射出される光線の角度範囲を最大限に利用できるような構成にすることで、フレネルレンズを使用しない構成にしたため、垂直拡散スクリーン５０からの光線の指向性が向上し、垂直拡散スクリーン５０から飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示できる。また、本実施の形態によれば、垂直拡散スクリーン５０上で光が屈折することがなくなるため、大きい入射角同士の光線も平行化することが可能となり、多人数で観察するのに十分に広い視域が得られるようになるという効果がある。
【００６３】
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明になる裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、垂直拡散スクリーン５０上で各々のプロジェクタアレイの像面を共通化せずに、つまり重ねないで水平方向（Ｙ方向）に最初からシフトさせてある点に特徴がある。このため、空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの間隔は、図２及び図１３の場合に比べて大きくなっている。
【００６４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、プロジェクタアレイユニットが垂直拡散スクリーン５０上に投影する各々の画像を水平方向にずらすように投射する。すなわち、最大のシフト量をもつ空間光変調素子１０ａからの主光線のうち、例えば最大物体高の主光線１０ａ５は、垂直拡散スクリーン５０上の画素５０Ｄを通過するように配置する。一方、空間光変調素子１０ａからの主光線のうち、主光線１０ａ１は、垂直拡散スクリーン５０から外れている。このような光線は不要であるから、非表示にするか、あるいは後述するような反射光学系を用いて再利用することもできる。
【００６５】
このようにプロジェクタアレイユニットを構成する各プロジェクタからの像面を共通化しないで水平方向にシフトさせたプロジェクタアレイユニットを、第１の実施の形態と区別して非共通像面プロジェクタアレイユニットと呼ぶことにする。なお、基本構成である非共通像面プロジェクタアレイユニットは、図１３と同様に、水平方向に複数ずらして配置される。
【００６６】
図１６は、本発明になる裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例１の基本構成図を示す。この変形例は、図１５に示した構成に比べて非共通像面プロジェクタアレイユニットを構成する空間光変調素子１０ａ〜１０ｅの間隔を更に大きくし、空間光変調素子１０ａからの最大物体高の主光線１０ａが垂直拡散スクリーン５０の中心である画素５０Ｃを形成するように配置した非共通像面プロジェクタアレイユニット構成である。
【００６７】
垂直拡散スクリーン５０の中心に関しては、第１の実施の形態で述べたのと同様な最大の射出角が得られ、垂直拡散スクリーン５０の中心に表示した立体像については、最大の視域で視覚することができる。また、スクリーン端に表示した立体像についても、第１の実施の形態における図２、図１３の場合に比べると視野が改善されている。この変形例によれば、経済的な事情からプロジェクタの台数をあまり多くできない場合に、立体表示することも可能である。
【００６８】
図１７は、本発明になる裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例２の基本構成図を示す。この変形例は、図１６に示した構成における非共通像面プロジェクタユニットをシフトさせた構成である。シフト後の非共通像面プロジェクタアレイユニットは、太線で描いている。図１７は、図の一部が重なっているため判別しづらいが、シフト後の非共通像面プロジェクタアレイユニットの構成要素である空間光変調素子１０ａから射出される主光線１０ａ５は、垂直拡散スクリーン５０の画素５０Ｂを形成する。
【００６９】
図１８は、本発明になる裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例３の基本構成図を示す。この変形例は、非共通像面プロジェクタアレイユニットをさらにシフトさせて主光線１０ａ５が垂直拡散スクリーン５０の中心の画素５０Ｃを形成するように配置した図である。この構成は、第１の実施の形態における図１２に対応している。図１２との違いは、この変形例の方がプロジェクタ数が少ないため光線数が少なく、またプロジェクタ間隔も疎であるため主光線の角度ピッチも疎であることが挙げられる。
【００７０】
この主光線の角度ピッチは、外縁光線１０ｃ３ｍの広がり角、つまりＦ値とマッチさせる必要がある。これには、（１）垂直拡散スクリーン５０に水平拡散特性をもたせる方法（すなわち、スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチをスクリーンの水平拡散角と一致させる方法）と、（２）垂直拡散スクリーン５０では何ら水平拡散は行わずに、プロジェクタの投射レンズ２０ａの開口サイズで結像Ｆ値を調整する方法（すなわち、スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチを投射レンズのＦ値と一致させる方法）と、（３）スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチを照明光学系のＦ値と一致させる方法とがある。Ｆ値と角度ピッチがマッチしない場合は、ストライプ状の輝度むらとして視覚されることになる。
【００７１】
図１５〜図１８に示した第２の実施の形態及びその変形例によれば、プロジェクタユニットを最初から水平シフト状態で構成するため、第１の実施の形態に比べて必要なプロジェクタ数を減らすことができるとともに、プロジェクタ間隔が大きいために、設置の自由度が高まるというメリットがある。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図１９は、本発明になる裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の上面図、図２０は、本発明になる裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の正面図を示す。図１９及び図２０中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、プロジェクタアレイユニット１０と、プロジェクタアレイユニット１０に対してＹ軸の正方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニット１１Ｒと、Ｙ軸の負方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニットを１１Ｌとを有する。
【００７３】
第１の実施の形態では、プロジェクタアレイユニット１０に対して、プロジェクタアレイユニット１１Ｒと１１Ｌとがそれぞれ同じ垂直線上に投射レンズの中心位置が重複する位置にシフトされているものがあるのに対し、本実施の形態は、図１９及び図２０に示すように、投射レンズは同じ垂直線上には互いに重複することなく配置されている点に特徴がある。また、図１９及び図２０に示すように、投射レンズ２０ｃ、２１Ｌｃ、２１Ｒｃは同一水平線上に一定間隔で配置され、かつ、空間光変調素子１０ｃ、１１Ｒｃ、１１Ｌｃは投射レンズ２０ｃ、２１Ｌｃ、２１Ｒｃの光軸に対して互いに異なるシフト量偏心した位置に配置されている。
【００７４】
同一水平線上にある他の投射レンズ２０ａと２１Ｌａの各光軸に対する空間光変調素子１０ａと１１Ｌａ、同一水平線上にある他の投射レンズ２０ｂと２１Ｌｂの各光軸に対する空間光変調素子１０ｂと１１Ｌｂ、同一水平線上にある他の投射レンズ２０ｄと２１Ｒｂの各光軸に対する空間光変調素子１０ｄと１１Ｒｂ、同一水平線上にある他の投射レンズ２０ｅと２１Ｒｃの各光軸に対する空間光変調素子１０ｅと１１Ｒｃも同様に、偏心した位置に配置されている。
【００７５】
プロジェクタアレイユニット１０を構成する空間光変調素子に供給される視差画像は、プロジェクタアレイユニット１１Ｒ、１１Ｌに供給される視差画像とは異なる。すなわち、両者の視差画像の注視点の位置は、共通像面の水平方向シフト量に対応してシフトさせるようにする。
【００７６】
このようにプロジェクタアレイユニット同士をシフトさせることにより、垂直拡散スクリーン５０のすべての画素から射出される主光線が、各画素を通りＺ軸に平行な軸に対して対称になり、テレセントリックな光線が射出されるようになる。従って、本実施の形態も、第１、第２の実施の形態と同様に、図２７に示した従来装置におけるフレネルレンズ４０とそれに近接したスクリーン５０から射出される光線１０ａ１〜１０ｅ５と等価な光線を射出するように実現することができる。
【００７７】
図２６は、本発明になる裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の変形例の斜視図を示す。同図中、図１９、図２０と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この変形例は、プロジェクタアレイユニット１０に対してＹ軸の正方向にプロジェクタアレイユニットが１１Ｒ、・・・で示すように２以上シフトして配置され、かつ、Ｙ軸の負方向にプロジェクタアレイユニットが１１Ｌ、１２Ｌ、・・・で示すように２以上シフトして配置されている点に特徴がある。
【００７８】
各プロジェクタの水平方向間隔は等間隔に配置されている。プロジェクタアレイユニット１０は、投射レンズに対して空間光変調素子をシフトさせることにより投射方向を変え、垂直拡散スクリーン５０上に共通像面を形成する。共通像面を形成することができるプロジェクタアレイの数は、上記シフト機構により制限されており、シフトの限界値を超えた場合には、共通像面に重ねて投射させることができない。そこで、プロジェクタアレイユニット１１Ｒ、１１Ｌは、プロジェクタアレイの共通像面から水平方向にシフトした位置に共通像面を形成する。
【００７９】
（第４の実施の形態）
図２１は、本発明になる裸眼立体表示装置の第４の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、図２と同一符号の空間光変調素子１０ａ〜１０ｅ、投射レンズ２０ａ〜２０ｅ、垂直拡散スクリーン５０等は第１の実施の形態と同一構成であるためその説明を省略する。本実施の形態では、第１の実施の形態の空間光変調素子１０ａ及び投射レンズ２０ａの外側に、空間光変調素子１０ｆ、１０ｇ等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ２０ｆ、２０ｇ等の複数の投射レンズとを配置した点に特徴を有する。
【００８０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。投射レンズ２０ｆは、空間光変調素子１０ｆを物体面として、垂直拡散スクリーン５０上に結像する。第１の実施の形態の場合と異なり、空間光変調素子１０ｆからのすべての光線が垂直拡散スクリーン５０上に投射される。当然ながら、このためには、投射レンズ２０ｆには大きな角度で投射される主光線すなわち、１０ｆ１、１０ｆ３，１０ｆ５（１０ｆ２および１０ｆ４については図の簡略化のため図示していない）の周囲に付随する外縁光線（不図示）が垂直拡散スクリーン５０上で収束するような結像性能を有することが要求される。
【００８１】
すなわち、投射レンズ２０ｆはイメージサークル径（有効径）が大きくなければならない。イメージサークル径の外側の光線は垂直拡散スクリーン５０で各種収差を発生し、像のぼけや歪みなどが生じる。しかし、空間光変調素子１０ｆに表示させる画像を予め補正しておくことにより、収差の発生を低減させることが可能である。当然ながら、すべての収差を電気的に補正することは不可能であるが、少なくとも結像位置に関する収差である歪曲収差、倍率色収差については電気的な画像処理により補正可能である。そこで、電気的な補正によりイメージサークルを実質的に拡大した後に、第１または第２の実施の形態で述べたようにプロジェクタアレイユニットを用いて視野および視域を拡大すればよい。
【００８２】
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態は、投射レンズの光学性能に対する要求は一般的に厳しくなるが、第１の実施の形態とは異なり、空間光変調素子上のすべての光線を有効に利用することができる。また、電気的な補正を併用することにより、投射レンズの光学性能の要求を抑えながら、第１〜第３の実施の形態に比べてシンプルな構成で本発明の第４の実施の形態と同一構成を実施することができる。
【００８３】
また、本実施の形態ではすべての空間光変調素子上のすべての画素を点灯させる構成であるため、照明光を有効利用できるため明るい立体像を形成しやすく、このため、より大画面な立体表示を行うことができる。
【００８４】
更に、本実施の形態では、電気的補正を行うことにより、実質的なイメージサークル径を拡大でき（偏心可能な範囲を実質的に拡大させることができ）、第１〜第３の実施の形態で述べたプロジェクタアレイユニットを構成することにより、視野または視域の周辺部分では電気的補正によりやや画質が劣化した立体像となるが、実用上重要な視野または視域の中心部分では画質劣化のない立体像が得られる。
【００８５】
（第５の実施の形態）
図２２は、本発明になる裸眼立体表示装置の第５の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、図２と同一符号の空間光変調素子１０ａ〜１０ｅ、投射レンズ２０ａ〜２０ｅ、垂直拡散スクリーン５０等は第１の実施の形態と同一であるため、その説明を省略する。本実施の形態では、第１の実施の形態の空間光変調素子１０ａ及び投射レンズ２０ａの外側に、光軸がＺ軸に対して傾いた空間光変調素子１０ｈ、１０ｉ等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ２０ｈ、２０ｉ等の複数の投射レンズとを配置した点に特徴を有する。
【００８６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、空間光変調素子１０ｈ、１０ｉ等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ２０ｈ、２０ｉ等の複数の投射レンズの各光軸が垂直拡散スクリーン５０のスクリーン面に対して垂直でないため、当然ながらキーストーン歪が生じる。このため、これをキャンセルするような電気的歪み補正を行う。周知の電気的歪み補正の方法についての説明は省略する。
【００８７】
本実施の形態では、イメージサークル径が大きくない固定の投射レンズのプロジェクタを用いた場合であっても、プロジェクタを傾斜させて、さらに電気的歪補正を行うことで、所期の動作を実施することができる。本実施の形態では、第１の実施の形態に比べて、空間光変調素子と投射レンズとの平行偏心の量を低減させることができる。
【００８８】
（第６の実施の形態）
図２３（ｂ）は、本発明になる裸眼立体表示装置の第６の実施の形態の光学系の要部の基本構成図を示す。一般的には、投射レンズ２０の光軸は、図２３（ａ）に示すように、空間光変調素子１０の光軸と一致しており傾きや偏心はない。これに対し、本実施の形態では、図２３（ｂ）に示すように、投射レンズ２０の光軸が空間光変調素子１０に対して傾斜しており、つまり傾き偏心をもった投射レンズである点に特徴がある。本実施の形態によれば、投射レンズ２０に傾き偏心をもたせることにより、投射レンズを通過する光線が屈折し、傾き偏心がない場合に比べてより大きな角度で投射することができる。
【００８９】
もちろん、傾き偏心の量が過大になれば、各種の収差が無視できなくなる。そのため、垂直拡散スクリーン５０上の画質劣化が許容される範囲内で実施するよう、図２３（ｃ）に示すように、投射レンズ２０の光軸を空間光変調素子１０の光軸に対してシフトする通常のレンズシフト（平行偏心）と併用することが好ましい。
【００９０】
本実施の形態によれば、プロジェクタの配置は傾けないで投射レンズ２０のみを傾けることにより、プロジェクタアレイの設置を容易化することができる。また、投射レンズ２０に傾き偏心をもたせることにより、これまで述べた通常のシフト、つまり平行偏心の量を減らすことができる。
【００９１】
（第７の実施の形態）
図２４は、本発明になる裸眼立体表示装置の第７の実施の形態の光学系の構成図を示す。同図中、図８と同一構成部分には同一符号を付してある。本実施の形態は、図８に示した構成にミラー７０Ｒおよび７０Ｌを追加した点に特徴がある。ミラー７０Ｒの一端は垂直拡散スクリーン５０の垂直方向の一側端に一致し、かつ、その長手方向が投射レンズ２０ａ〜２０ｅ等の光軸と平行になるように配置されている。また、ミラー７０Ｌの一端は垂直拡散スクリーン５０の垂直方向の他の側端に一致し、かつ、その長手方向が投射レンズ２０ａ〜２０ｅ等の光軸と平行になるように配置されている。更に、ミラー７０Ｒと７０Ｌの各反射面は互いに対向するように配置されている。なお、図２４において、空間光変調素子１１ａ’及び投射レンズ２１ａ’は、水平方向のサイズが空間光変調素子１１ａ及び投射レンズ２１ａの水平方向のサイズのそれぞれ１／２倍とされている。
【００９２】
本実施の形態では、ミラー７０Ｒ及び７０Ｌは本来垂直拡散スクリーン５０から外れた方向に向かう光線を反射させ、再び垂直拡散スクリーン５０に結像させる機能を有する。この結果、図２４において、１５で示す位置にはミラー７０Ｒ及び７０Ｌで囲まれた範囲内にある空間光変調素子及び投射レンズと同じ構成の空間光変調素子及び投射レンズが存在するかのような虚像が形成され、その虚像からの光が出射される。これにより、上述した実施の形態では垂直拡散スクリーン５０の外側にプロジェクタが配置されていたが、本実施の形態では不要となり、プロジェクタ数及び設置スペースが節約されることになる。
【００９３】
ここで、本実施の形態では、ミラー７０Ｒ及び７０Ｌを用いることにより、コマ収差やミラー７０Ｒ及び７０Ｌの平面度に依存した歪曲等が発生するため、垂直拡散スクリーン５０上の画素のスポット形状や位置は、ミラー７０Ｒ及び７０Ｌで反射した光線によるものとそうでないものとで異なる。
【００９４】
そのため、これを補正する光学系が必要となるが、コマ収差に関しては画像の一部のみが収差の影響を受けているのであれば補正は困難である。歪曲収差については電気的な歪補正でキャンセルすることが可能である。従って、ミラーは設置スペースの関係で使用せざるをえない場合に限り、画質劣化が許される範囲内で使用すべきである。
【００９５】
（第８の実施の形態）
図２５（ａ）は、本発明になる裸眼立体表示装置の第８の実施の形態の要部の構成図、同図（ｂ）は、本発明になる裸眼立体表示装置の第８の実施の形態の要部の変形例の構成図を示す。図２５（ａ）に示す第８の実施の形態は、垂直拡散スクリーン５０の替りに、光拡散面（レンチキュラー又はホログラム面）５２にアルミニウムなどの金属反射膜あるいは誘電体反射膜５３をコートした反射性垂直拡散スクリーン５１Ａを使用したものである。
【００９６】
また、図２５（ｂ）に示す第８の実施の形態の変形例は、垂直拡散スクリーン５０の替りに、表面に光拡散面（レンチキュラー又はホログラム面）５４を形成し、裏面にアルミニウムなどの金属反射膜あるいは誘電体反射膜５５をコートした反射性垂直拡散スクリーン５１Ｂを使用したものである。
【００９７】
この実施の形態では、反射膜付垂直拡散スクリーン５１Ａ、５１Ｂに対して、前面に空間光変調素子及び投射レンズを配置してフロント投射する。反射膜付垂直放散スクリーン５１Ａ、５１Ｂでは水平方向には反射又は僅かな拡散のみを行い、垂直方向には拡散したストライプ状の光線が形成される。
【００９８】
本実施の形態によれば、リア投射の場合に比べて、スクリーン基材の通過による像のぼけが発生しないため、スクリーン上の画素を鮮明に結像することができるため、より解像感の高い立体像を形成することができる。
【００９９】
（第９の実施の形態）
本発明になる裸眼立体表示装置の第９の実施の形態は、第１〜第８の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態の垂直拡散スクリーン５０又は反射膜付垂直拡散スクリーン５１Ａ、５１Ｂの替りに、円筒スクリーンを用いたものである。円筒スクリーンは、半円筒状の内面又は外面をスクリーンとするもので、リア投射とフロント投射とがある。リア投射の場合の円筒スクリーンは、プロジェクタアレイユニットを円筒スクリーンの外面側の後方に配置して円筒スクリーンの外面上に画素を形成し、その画素を二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で円筒スクリーンの内面側に投射することにより空間に形成される立体像を円筒スクリーンの内面側に位置する観測者により観測させる。
【０１００】
また、フロント投射の場合の円筒スクリーンは、円筒スクリーンの外面に金属反射膜あるいは誘電体反射膜をコートした反射性スクリーンとし、プロジェクタアレイユニットを円筒スクリーンの内面側前方に円筒スクリーンの曲率にほぼ一致させて配置して円筒スクリーン上に画素を形成し、その画素を二次光源として反射される主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより空間に形成される立体像を円筒スクリーンの内面側に位置する観測者により観測させる。
【０１０１】
本実施の形態によれば、円筒スクリーンを用いることで、光線の最大射出角に対する要求を緩和することができる。
【０１０２】
（第１０の実施の形態）
本発明になる裸眼立体表示装置の第１０の実施の形態は、第１〜第９の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態のスクリーンの替りに、拡散特性が等方的なスクリーンを用いたものである。
【０１０３】
本実施の形態によれば、空間光変調素子からの光線はスクリーン上で結像された後、スクリーン上の画素を二次光源として主光線が垂直方向と水平方向にそれぞれ拡散され、垂直方向と水平方向それぞれに同様な結像Ｆナンバーで射出される。従って、本実施の形態では、垂直方向にも輝度と色度が異なる光線が射出され、水平方向と同様な運動視差が実現される。これはレンズアレイを用いないＩＰ（インテグラルフォトグラフィー）である。
【０１０４】
本実施の形態と通常のＩＰとの違いは、レンズアレイの収差の影響を受けないことから広い視域を得られ易い点が挙げられる。反面、画像の輝度の一様性についてはレンズアレイを用いた方がより容易に一様な輝度特性が得られやすい。
【０１０５】
（第１１の実施の形態）
本発明になる裸眼立体表示装置の第１１の実施の形態は、第１〜第１０の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態のスクリーンの替りに、ドームスクリーンを用いたものである。ドームスクリーンは、中空の半球状の内面又は外面をスクリーンとするもので、リア投射の透過型ドームスクリーンとフロント投射の反射型ドームスクリーンとがある。
【０１０６】
リア投射の場合の透過型ドームスクリーンは、プロジェクタアレイユニットをドームスクリーンの外部の後方に配置してドームスクリーンの外面上に画素を形成し、その画素を二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度でドームスクリーンの内部に投射することにより空間に形成される立体像をドームスクリーンの内部に位置する観測者により観測させる。
【０１０７】
また、フロント投射の場合の反射型ドームスクリーンは、ドームスクリーンの外面に金属反射膜あるいは誘電体反射膜をコートした反射性スクリーンとし、プロジェクタアレイユニットをドームスクリーンの内部の曲率中心位置にほぼ一致させて配置してドームスクリーン上に画素を形成し、その画素を二次光源として反射される主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより空間に形成される立体像をドームスクリーンの内部に位置する観測者により観測させる。
【０１０８】
この実施の形態では、ドームスクリーンの前方又は後方の球面上に配置した空間光変調素子からの光線は広角の投射レンズを介して拡散角の小さなドームスクリーンに反射または透過し、指向性の高い光線として空間に集積されて立体像を形成することで、本発明の非共通像面プロジェクタアレイユニットを適用しながら、スクリーン前面に投影像をずらしながら立体像を形成することができる。
【０１０９】
本実施の形態では、フレネルレンズを使用しないことにより、スクリーン射出角の制限はほとんどなく、メガネなしで立体プラネタリムなどの３Ｄドームコンテンツを視聴できるようになる。これはフレネルレンズを使用する構成では不可能であり、本実施の形態によりこれまでにない臨場感が飛躍的に向上した裸眼立体表示が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の裸眼立体表示装置の電気系の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の光学系の基本構成を示す図である。
【図３】プロジェクタアレイとスクリーンの関係を示す斜視図である。
【図４】図１及び図２中のプロジェクタアレイユニットの概略正面図である。
【図５】スクリーン上の１画素から射出される光線を示す概念図である。
【図６】スクリーン上の異なる画素からの光線が立体像を形成する概念図である。
【図７】立体像が形成されるしくみを示す概念図である。
【図８】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の構成の過程を説明する平面図（その１）である。
【図９】図８の要部の正面図である。
【図１０】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の構成の過程を説明する平面図（その２）である。
【図１１】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の構成の過程を説明する平面図（その３）である。
【図１２】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の構成の過程を説明する平面図（その４）である。
【図１３】本発明の裸眼立体表示装置の第１の実施の形態の光学系の構成図である。
【図１４】本発明により視域が拡大されることを例示するグラフである。
【図１５】本発明の裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の基本構成図である。
【図１６】本発明の裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例１の基本構成図である。
【図１７】本発明の裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例２の基本構成図である。
【図１８】本発明の裸眼立体表示装置の第２の実施の形態の光学系の変形例３の基本構成図である。
【図１９】本発明の裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の上面図である。
【図２０】本発明の裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の正面図である。
【図２１】本発明の裸眼立体表示装置の第４の実施の形態の光学系の基本構成図である。
【図２２】本発明の裸眼立体表示装置の第５の実施の形態の光学系の基本構成図である。
【図２３】本発明の裸眼立体表示装置の第６の実施の形態の光学系の要部の基本構成図と一般的な構成図及び変形例を示す図である。
【図２４】本発明の裸眼立体表示装置の第７の実施の形態の光学系の構成図である。
【図２５】本発明の裸眼立体表示装置の第８の実施の形態の要部の各例の構成図である。
【図２６】本発明の裸眼立体表示装置の第３の実施の形態の光学系の変形例の斜視図である。
【図２７】従来の裸眼立体表示装置の一例の光学系の構成図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  裸眼立体表示装置
２  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３  ハブ
４−１〜４−ｎ  ネットワーク接続ストレージ(Network Attached Storage:NAS)
５−１〜５−ｎ  プロジェクタ（ＰＪ）５
６  スクリーン
１０〜１４、１１Ｒ、１１Ｌ、１２Ｒ、１２Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌ  プロジェクタアレイユニット
１０ａ〜１０ｉ  空間光変調素子
２０ａ〜２０ｉ、２１ａ〜２１ｆ  投射レンズ
５０  垂直拡散スクリーン
５０Ａ〜５０Ｅ  スクリーン上の画素
５１Ａ、５１Ｂ  反射性垂直拡散スクリーン
５２、５５  光拡散面（レンチキュラー又はホログラム面）
５３  金属反射膜又は誘電体反射膜
７０Ｒ、７０Ｌ  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１３】
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