(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するＮ（Ｎは２以上の整数）個の微小領域からなる単位表示領域を有し、Ｐ（Ｐは２以上の整数）個の前記単位表示領域を有する投影領域をＳ（Ｓは２以上の整数）個有し、水平に配置され、立体画像を表示する表示手段と、
想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するＳ台のプロジェクタから構成される投影手段と、
前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する変更手段と
を備え、
前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、Ｎ個の前記想定視点を指向する
立体画像表示装置。
【請求項２】
前記変更手段は、マッピングテーブルを参照し、前記対応関係を変更し、
前記マッピングテーブルは、前記投光画素を発光させ、その発光された光を受光した前記微少領域と、発行した前記投光画素を対応付けることで作成されたテーブルである
請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記光学偏向素子は、ホログラフィックオプティカルエレメントで構成される
請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記マッピングテーブルは、画像データの供給先を、本来供給すべき投光画素から、本来供給すべき投光画素が対応する微少領域が実際に対応している投光画素に変更するためのテーブルである
請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記単位表示領域は、６角形である
請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するＮ（Ｎは２以上の整数）個の微小領域からなる単位表示領域を有し、Ｐ（Ｐは２以上の整数）個の前記単位表示領域を有する投影領域をＳ（Ｓは２以上の整数）個有し、水平に配置され、立体画像を表示手段で表示し、
想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するＳ台のプロジェクタから構成される投影手段で投影し、
前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する
ステップを含み、
前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、Ｎ個の前記想定視点を指向する
立体画像表示方法。
【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方法に関し、特に逆視の現象の発生を抑制するようにした立体画像表示装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近立体画像を表示する立体画像表示装置の研究が盛んである。２眼式と称される立体画像表示装置の方式では、異なる画像を右目と左目に選択的に与えるために、左右で色や偏光板が異なる眼鏡、あるいはシャッタにより左右を異なるタイミングで開閉する眼鏡が用いられる。しかし、眼鏡をかけること自体が好まれていないことから、眼鏡をかけずに立体画像を表示できるディスプレイが望まれている。
【０００３】
眼鏡を用いない方式は、オートステレオスコピック（auto-stereoscopic）法と多眼式という方法に大別される。このうちの、視差画像ソースを多数用意し、ディスプレイと目の位置を変えていくと異なる視差画像が見えるように設計される多眼式は、理想的な方式とされる。
【０００４】
特許文献１にディスプレイを水平に配置して立体画像を表示する立体画像表示装置が開示されている。この立体画像表示装置においては、レンチキュラー板を用いて立体画像が表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９０６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の装置は、ユーザがディスプレイの正面から画像を見る場合には立体画像を観察し易いが、斜め方向から観察すると、いわゆる逆視現象が発生し、良好な立体画像を観察することが困難になる。その結果、多くのユーザが立体画像を同時に観察することが困難になる。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、逆視の現象の発生を抑制するようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するＮ（Ｎは２以上の整数）個の微小領域からなる単位表示領域を有し、Ｐ（Ｐは２以上の整数）個の前記単位表示領域を有する投影領域をＳ（Ｓは２以上の整数）個有し、水平に配置され、立体画像を表示する表示手段と、想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するＳ台のプロジェクタから構成される投影手段と、前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する変更手段とを備え、前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、Ｎ個の前記想定視点を指向する立体画像表示装置である。
【０００９】
前記変更手段は、マッピングテーブルを参照し、前記対応関係を変更し、前記マッピングテーブルは、前記投光画素を発光させ、その発光された光を受光した前記微少領域と、発行した前記投光画素を対応付けることで作成されたテーブルであるようにすることができる。
【００１０】
前記光学偏向素子は、ホログラフィックオプティカルエレメントで構成されるようにすることができる。
【００１１】
前記マッピングテーブルは、画像データの供給先を、本来供給すべき投光画素から、本来供給すべき投光画素が対応する微少領域が実際に対応している投光画素に変更するためのテーブルであるようにすることができる。
【００１２】
前記単位表示領域は、６角形とすることができる。
【００１３】
本発明の一側面の立体画像表示方法は、上述した本発明の一側面の立体画像表示装置に対応する方法である。
【００２３】
本発明の一側面においては、表示手段が、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するＮ（Ｎは２以上の整数）個の微小領域からなる単位表示領域を有し、Ｐ（Ｐは２以上の整数）個の単位表示領域を有する投影領域をＳ（Ｓは２以上の整数）個有し、水平に配置され、立体画像を表示する。投影手段が、想定視点に対応する表示手段の上部から表示手段に対して、投影領域を単位とする画像を投影するＳ台のプロジェクタから構成される。変更手段が、プロジェクタの投光画素と、微小領域の対応関係を変更する。微小領域の偏向角の方向は、表示手段の外周の仮想的な線であって、表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、Ｎ個の想定視点を指向する。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明の一側面によれば、逆視の現象の発生を抑制した立体画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の光学部の一実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の光学部の一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。
【図３】スクリーンの一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。
【図４】スクリーンの一実施の形態の投影領域を示す平面図である。
【図５】スクリーンの一実施の形態の単位表示領域を示す平面図である。
【図６】微小領域からの表示画像の光の進行方向を示す斜視図である。
【図７】立体画像表示装置の一実施の形態の機能的構成を示すブロック図である。
【図８】マッピングテーブルの例を示す図である。
【図９】投光画素と微小領域の対応関係を説明する図である。
【図１０】マッピングテーブル作成装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】マッピングテーブル作成処理を説明するフローチャートである。
【図１２】立体画像表示処理を説明するフローチャートである。
【図１３】スクリーン製造装置の一実施の形態の構成を示す図である。
【図１４】露光処理を説明するフローチャートである。
【図１５】微小領域に照射する光を説明する斜視図である。
【図１６】微小領域に照射する光を説明する斜視図である。
【図１７】スクリーン製造装置の構成を示す図である。
【図１８】一括露光を説明する図である。
【図１９】単位表示領域の形状を示す図である。
【図２０】本発明の光学部の他の実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［立体画像表示装置の光学部の構成］
【００２８】
図１は光学部１の一実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。同図に示されるように、立体画像表示装置１０１（図７を参照して後述する）の光学部１は、基台１１、スクリーン１２、およびボード１４を有している。
【００２９】
基台１１にはスクリーン１２が取り付けられている。基台１１はスクリーン１２が水平になるように配置される。スクリーン１２は投影領域１３をＳ個（図１の実施の形態の場合、Ｓ＝ｓ×ｔ＝８×８個）有している。投影領域１３は、１台のプロジェクタ１５により画像が投影される領域である。表示手段としてのスクリーン１２の上部には、ボード１４が配置されている。このボード１４にはＳ個（図１の実施の形態の場合、Ｓ＝ｓ×ｔ＝８×８個）のプロジェクタ１５が取り付けられており、各プロジェクタ１５は対応する位置の投影領域１３に画像を投影する。なお、図１には、図が複雑になるのを避けるため、投影手段としてのプロジェクタ１５は２個のみが示されている。
【００３０】
図２は、光学部１の一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。同図に示されるように、スクリーン１２の外周には、基台１１とボード１４の間に、ガラス、アクリル等の合成樹脂などからなる透明な部材１６が必要に応じて設けられる。ユーザは、スクリーン１２を正面からではなく、斜めの方向から見下ろすように見ることになる。
【００３１】
図１と図２における線Ｌは、想定視点１７１が位置する仮想的な線である。この線Ｌは、スクリーン１２の外周の辺より外側かつ上側で、プロジェクタ１５より下側に位置する。この線Ｌの上にスクリーン１２を観察するユーザの想定視点１７１が位置するようにスクリーン１２は設計される。この実施の形態の場合、線Ｌは、スクリーン１２の投影領域１３の１個分だけ外側で、スクリーン１２から高さ300mmの位置に想定されている。従って線Ｌは、長辺の長さが1.92ｍ、短辺の長さが1.08ｍとなり、１周の長さが６ｍ（＝(1.92+1.08）×２）の矩形を形成する。
【００３２】
６ｍの線Ｌ上に100視差を配置するものとすると、隣り合う視差の距離は60mm(＝6000/100)となる。人間の目の瞳孔間距離は、54〜66mm程度とされている。従って、線Ｌ上に、100個の想定視点１７１を想定することで、50人のユーザが立体画像を観察できる立体画像表示装置１０１を実現することができる。
【００３３】
なお、プロジェクタ１５が取り付けられているボード１４は、ユーザがスクリーン１２の斜め方向に位置する想定視点１７１からスクリーン１２の全体を観察することができるように、スクリーン１２から十分離間して配置される。
【００３４】
［スクリーンの構成］
【００３５】
図３は、スクリーン１２の一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。同図に示されるように、スクリーン１２の横方向の長さは1536mmとされ、縦方向の長さは864mmとされる。スクリーン１２の画像を表示するドット数は、横方向が1920×８ドット、縦方向が1080×８ドットとされる。
【００３６】
図４は、スクリーン１２の一実施の形態の投影領域１３を示す平面図である。投影領域１３は、１台のプロジェクタ１５により画像が投影される範囲であり、横方向の長さが192mm、縦方向の長さが108mmとされる。投影領域１３の画像を表示するドット数は、横方向が1920ドット、縦方向が1080ドットとされる。投影領域１３はＰ個（図４の実施の形態の場合、Ｐ＝ｐ×ｑ＝192×108個）の単位表示領域２１により構成されている。
【００３７】
図５は、スクリーン１２の一実施の形態の単位表示領域２１を示す平面図である。単位表示領域２１は、横方向の長さが１mm、縦方向の長さが１mmとされる。単位表示領域２１の画像を表示するドット数は、横方向が10ドット、縦方向が10ドットとされる。単位表示領域２１は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数であり、図５の実施の形態の場合、Ｎ＝ｎ×ｍ＝10×10個）の微小領域３１により構成されている。各微小領域３１には、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子が形成されている。
【００３８】
［微小領域からの表示画像の光の進行方向］
【００３９】
図６は、微小領域３１からの表示画像の光の進行方向を示す斜視図である。単位表示領域２１の微小領域３１は、プロジェクタ１５から画像の光が投光されると、図６Ａに示されるように、偏向角の方向に回折光を出射する。ユーザは、この回折光から画像を視認する。偏向角は微小領域３１毎に異なっている。図６Ｂは、回折光が出射される様子を模式的に表している。図６に示されるように、回折光はスクリーン１２の正面方向ではなく、斜め方向に出射される。
【００４０】
微小領域３１の偏向角の方向は、スクリーン１２の外周の仮想的な線L上に画像を観察するユーザの想定視点１７１が位置するものとして設計が行われる。すなわち、線Ｌ上に、所定の視野角のＮ個（この実施の形態の場合、100個）の想定視点を指向する。図１乃至図５に示されるパラメータで設計した場合、線Ｌ上に約60mm間隔で想定視点１７１が存在することになる。この間隔は、ユーザのペアとなる左目と右目の間隔とほぼ一致し、どの位置からも左目と右目とで隣接する異なる想定視点１７１の画像を見ることで、立体画像を観察することができる。ここでは想定視点１７１が60mmの間隔になるように設計した例を示したが、想定視点１７１の間隔は、人間の左右の目の間隔より小さいことが望ましい。想定視点１７１の間隔が短い程、すなわち想定視点１７１の数が多い程、移動しながら観察するユーザに対して、自然な立体感の画像を提供することができる。
【００４１】
各微小領域３１の偏向角は、次式で表されるように、19.8度乃至81.4度の範囲となる。
19.8度＝arctan(108/300)      （１）
81.4度＝arctan(√((1536＋192)２＋（864＋108）２)/300)      （２）
【００４２】
式（１）は、図１の角度θ１の場合に対応し、式（２）は、角度θ２の場合に対応する。角度θ１の場合は、微小領域３１から想定視点１７１まで距離が最も長い場合である。これに対して角度θ２の場合は、微小領域３１から想定視点１７１まで距離が最も短い場合である。
【００４３】
［立体画像表示装置の機能的構成］
【００４４】
図７は、立体画像表示装置１０１の一実施の形態の機能的構成を示すブロック図である。立体画像表示装置１０１は、画像データ出力部１１１、変更部１１２、マッピングテーブル１１３、および光学部１により構成されている。上述したように、光学部１は、プロジェクタ１５−１乃至１５−６４、およびスクリーン１２を有している。なお、６４台のプロジェクタ１５−１乃至１５−６４を個々に区別する必要が無い場合、単にプロジェクタ１５と記載する。
【００４５】
画像データ出力部１１１は、画像データを出力する。この画像データは立体画像の画像データであり、放送を受信したり、ネットワークを介して取得したり、記録媒体を再生して取得する。画像データ出力部１１１が出力する画像データは、横方向が1920×８ドット、縦方向が1080×８ドットとされる。
【００４６】
1台のプロジェクタ１５は、横方向が1920ドット、縦方向が1080ドットの光を投光する。10×10個の微小単位３１で構成される単位表示領域２１は、1個の単位表示領域２１で立体画像の1個の画素を表示する。
【００４７】
マッピングテーブル１１３は、プロジェクタ１５の投光画素１６３（図９を参照して後述する）と、微小領域３１の対応関係を記憶する。変更手段としての変更部１１２は、マッピングテーブル１１３に記憶されている対応関係に基づいて、プロジェクタ１５の投光画素１６３と微小領域３１の対応関係を変更する。
【００４８】
各プロジェクタ１５は、変更部１１２から入力された画像データに対応して、光をスクリーン１２に投光する。１台のプロジェクタ１５により1920×1080ドットの画像が投影され、スクリーン１２には８×８台のプロジェクタ１５が設けられているので、全体として(1920×８)×(1080×８)ドットの画像が投影される。
【００４９】
ただし１個の単位表示領域２１を構成する10×10個の微小領域３１は、それぞれ異なる想定視点１７１に画像を投影する。従って、各想定視点１７１で観察される画像は、横方向が192×８ドット、縦方向が108×８ドットの画像となる。
【００５０】
［マッピングテーブル］
【００５１】
図８は、マッピングテーブル１１３の例を示す図である。図８に示されるように、マッピングテーブル１１３は、投光画素１６３と微小領域３１の対応関係を記憶している。この例では、番号１乃至３，６の投光画素１６３には、番号１乃至３，６の微小領域３１が対応付けられているが、番号４，５，７，８，９の投光画素１６３には、番号５，４，８，９，７の微小領域３１が対応付けられている。この場合、変更部１１２は、プロジェクタ１５の番号１乃至３，６の投光画素１６３には、番号１乃至３，６の投光画素１６３に供給する画素データをそのまま供給する。しかし変更部１１２は、番号４，５，７，８，９の投光画素１６３に供給するはずであった画素データの供給先を変更する。番号４，５，７，８，９の投光画素１６３に供給するはずであった画素データは、番号５，４，８，９，７の投光画素１６３に供給される。
【００５２】
［投光画素と微小領域の対応関係］
【００５３】
図９は、投光画素１６３と微小領域３１の対応関係を説明する図である。プロジェクタ１５の１個の単位投光画素１６２は８×８個の投光画素１６３から構成されており、スクリーン１２の１個の単位表示領域２１は８×８個の微小領域３１により構成されている。本来、１個の単位投光画素１６２の１個の投光画素１６３からの光は、対応する位置の１個の単位表示領域２１の１個の微小領域３１に投光される。例えば、図９に示されるように、１台のプロジェクタ１５の１個の単位投光画素１６２の１個の投光画素１６３ijとスクリーン１２の１個の単位表示領域２１の１個の微小領域３１ijが対応するものとする。同様に、投光画素１６３mnと微小領域３１mnが対応するものとする。この場合、本来ならば、投光画素１６３ijからの光は微小領域３１ijに投光され、投光画素１６３mnからの光は微小領域３１mnに投光される。
【００５４】
しかしながら、図１に示されるように、プロジェクタ１５とスクリーン１２は相当の距離だけ離間しているので、両者の位置を正確に調整して組み立てることは困難である。その結果、例えば投光画素１６３klからの光が微小領域３１ijに投光されてしまい、投光画素１６３ijからの光は微小領域３１mnに投光されてしまうこともある。このような場合、変更部１１２は、画素データの供給先を次にように変更する。すなわち、本来、投光画素１６３ijに供給すべき画素データは、投光画素１６３klに供給され、投光画素１６３mnに供給すべき画素データは、投光画素１６３ijに供給される。これによりプロジェクタ１５とスクリーン１２の精密な調整が不要となり、組み立てが容易となる。
【００５５】
［マッピングテーブル作成装置］
【００５６】
そこで図９に示されるように、組み立てられた光学部１の仮想的な線Ｌ上の想定視点１７１にビデオカメラ１６１を配置して、投光画素１６３と微小領域３１の対応関係が予め調べられる。
【００５７】
図１０は、マッピングテーブル作成装置１８１の構成を示すブロック図である。マッピングテーブル作成装置１８１は、プロジェクタ１５、スクリーン１２、ビデオカメラ１６１、マッピングテーブル１１３の他、制御部１９１と記憶部１９２を有している。
【００５８】
制御部１９１は、プロジェクタ１５を制御し、投光画素１６３毎にスクリーン１２に投光させる。ビデオカメラ１６１は所定の想定視点１７１に配置され、スクリーン１２を撮像する。記憶部１６１は、ビデオカメラ１６１により撮像された画像から１個の投光画素１６３からの光を受光した微小領域３１を検出し、制御部１９１が投光するように制御したプロジェクタ１５の投光画素１６３と対応づける。記憶部１９２は、対応づけた微小領域３１と投光画素１６３をマッピングテーブル１１３に記憶させる。
【００５９】
［マッピングテーブル作成装置］
【００６０】
図１１は、マッピングテーブル作成処理を説明するフローチャートである。次に図１１を参照してマッピングテーブル作成処理を説明する。
【００６１】
ステップＳ１１において制御部１９１は、プロジェクタ１５を制御し、１個の投光画素１６３を発光させる。すなわち、投光画素１６３を１個ずつ個別に表示させるテスト画像が表示される。これにより、１台のプロジェクタ１５が選択され、そのプロジェクタ１５の１個の単位投光画素１６２が選択され、その単位投光画素１６２の中の１個の投光画素１６３が選択され、その投光画素１６３が投光する。ステップＳ１２において１個の微小領域３１が、1個の投光画素１６３からの光を受光する。
【００６２】
ステップＳ１３においてビデオカメラ１６１は、スクリーン１２を撮像する。ビデオカメラ１６１は所定の想定視点１７１上に配置されており、その想定視点１７１に対応する微小領域３１からの光だけを撮像することができる。すなわち、１個の想定視点１７１は１個の微小領域３１の偏向角の方向に位置しているので、想定視点１７１は微小領域３１対応している。ビデオカメラ１６１は所定の想定視点１７１で対応する微小領域３１からの画像を撮像できない場合、他の想定視点１７１に移動される。ビデオカメラ１６１によりテスト画像を撮像できた想定視点１７１に対応する微小領域３１が、いまテスト画像を投光している投光画素１６３に実際に対応している。
【００６３】
例えば、図９において、微小領域３１ijからのテスト画像を撮像できるのは、微小領域３１ijの偏向角の方向に位置するビデオカメラ１６１だけである。そのビデオカメラ１６１が位置する想定視点１７１において微小領域３１ijのテスト画像を撮像することで、その微小領域３１を特定することができる。そして、そのときテスト画像を投光している投光画素１６３は、本来、微小領域３１ijに対応する投光画素１６３ijではなく、投光画素１６３klであるから、投光画素１６３klと微小領域３１ijが対応する。同様に、微小領域３１mnからのテスト画像を撮像できる想定視点１７１上にビデオカメラ１６１を配置し、撮像したとする。このとき投光している投光画素１６３は、微小領域３１mnに対応する投光画素１６３mnではなく、投光画素１６３ijであるから、投光画素１６３ijと微小領域３１mnが対応する。
【００６４】
ステップＳ１４において記憶部１９２は、投光画素１６３と微小領域３１を対応づけて、マッピングテーブル１１３に記憶する。ステップＳ１５において制御部１９１は、全ての投光画素１６３を選択したかを判定する。まだ全ての投光画素１６３を選択していない場合、処理はステップＳ１１に戻る。そこで新たな投光画素１６３が選択され、同様の処理が繰り返される。
【００６５】
ステップＳ１５において全ての投光画素１６３が選択されたと判定されるまで、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４の処理が繰り返される。全ての投光画素１６３が選択されたと判定された場合、処理は終了する。
【００６６】
以上のようにして作成されたマッピングテーブルを利用して立体画像表示処理が次のように実行される。
【００６７】
［立体画像表示処理］
【００６８】
図１２は、立体画像表示処理を説明するフローチャートである。以下図１２を参照して、図７の立体画像表示装置１０１の動作について説明する。
【００６９】
ステップＳ３１において画像データ出力部１１１は、立体画像の画像データを出力する。ステップＳ３２において変更部１１２は、マッピングテーブル１１３の記憶に基づいて、投光画素１６３と微小領域３１の対応関係を変更する。すなわち、画素データの供給先を、本来供給すべき投光画素１６３から、本来供給すべき投光画素１６３が対応する微小領域が実際に対応している投光画素１６３に変更する。
【００７０】
ステップＳ３３においてプロジェクタ１５は、入力された画素データに基づく画像の光を、スクリーン１２に投光する。ステップＳ３４においてスクリーン１２は、想定視点に向けて立体画像を表示する。すなわち、各微小領域３１からの回折光が対応する想定視点１７１に指向し、想定視点１７１で立体画像が観察される。
【００７１】
このようにして、各想定視点１７１にスクリーン１２から立体画像を表示することができる。この立体画像は、例えばスタジアムでサッカーの試合を見ているときのような画像とすることができる。また同じサッカーの試合を見ているとしても、スタジアムの中の座席によって見える画像は異なるものとなる。この立体画像表示装置１０１においても、１００個の想定視点１７１のそれぞれにおいて、異なる画像が表示される。
【００７２】
このような画像は、例えば、スタジアムの異なる１００個の座席の位置にビデオカメラを配置し、サッカーの試合を撮影することで得ることができる。各ビデオカメラは、19.8度乃至81.4度の範囲の、撮影位置に応じたいずれかの角度でスタジアムを見下ろすように撮影を行う。
【００７３】
１台のビデオカメラで撮影された１枚のフレームの画像を構成する画素のデータが、フレーム内の位置に応じて、８×８台のプロジェクタ１５のいずれかに供給される。各プロジェクタ１５には、そのフレームの一部を構成する画素データが供給される。各プロジェクタ１５は、供給された画素データのそれぞれを、見込み角に応じて単位投光領域１６２に１個ずつ分配する。各単位投光領域１６２においては、分配された1個の画素データが、10×10個の投光画素１６３の中の１個に供給される。その１個は、そのビデオカメラが対応する想定視点１７１が対応する微小領域３１に、マッピングテーブル１１３により対応づけられている投光画素１６３である。
【００７４】
１個の画素データが供給された投光画素１６３は、マッピングテーブル１１３により対応づけられている微小領域３１に投光する。その結果、その微小領域３１から、その偏向角に対応する方向に回折光が出射し、その偏向角の方向の想定視点１７１に画像が表示される。
【００７５】
このような処理が各プロジェクタ１５、各単位投光画素１６２、各単位表示領域２１毎に行われるので、スクリーン１２全体として、横方向が192×８ドット、縦方向が108×８ドットの１フレームの画像が１つの想定視点１７１に表示される。当然のことながら、このような処理が各フレーム毎に行われるので、想定視点１７１に、対応するビデオカメラで撮影された動画像が表示される。
【００７６】
画像表示としては、左目用、右目用の区別はない。各想定視点１７１は約60mm離間であるため、隣り合う異なる想定視点１７１に右目と左目を配置することにより、ユーザは立体画像を見ることができる。
【００７７】
想定視点１７１は１００個存在するため、ユーザはスクリーン１２の外周を自由に移動しても、連続的に別の想定視点１７１からの画像を観察することができる。また、複数のユーザが同時に立体画像を観察することが可能である。顔と身体の大きさを考慮する必要があるので、スクリーン１２の外周に５０人のユーザを同時に配置することは困難である。しかし、少なくとも２０人のユーザを同時に配置することは可能である。
【００７８】
このように、微小領域３１の偏向角の方向は、スクリーン１２の外周の仮想的な線であって、スクリーン１２の外周の辺より外側かつ上側で、プロジェクタ１５より下側の線Ｌ上に位置する所定の視野角の想定視点１７１を指向する。従って、想定視点１７１がスクリーン１２の斜め方向に多数配置することができ、逆視の現象の発生を抑制することができる。また多数のユーザに立体画像を表示することが可能になる。
【００７９】
［スクリーン製造装置の構成１］
【００８０】
図１３は、スクリーン製造装置３０１の一実施の形態の構成を示す図である。スクリーン製造装置３０１は、レーザ３１０、シャッタ３１１、駆動部３１２、１／２波長板３１３、偏光ビームスプリッタ３１４、ミラー３１５、１／２波長板３１６、光偏向デバイス３１７、駆動部３１８、制御部３１９、テレセントリックｆθレンズ３２０、微小角拡散板３２１、レンズ３２３、絞り３２４、駆動部３２５、集光レンズ系３２６、移動部３２７、およびミラー３２８，３２９，３３０を有している。
【００８１】
局部的露光用光出射手段としてのレーザ３１０は、単一波長で干渉性の高いレーザ光を出射する。例えば、波長が532nmの連続発振、あるいはパルス発振の半導体励起第２次高調波のレーザを用いることができる。シャッタ３１１は駆動部３１２により駆動され、レーザ３１０より出射される光を通過させるかまたは遮断する。１／２波長板３１３は、シャッタ３１１から入射された直線偏光の偏向面を回転させる。分割手段としての偏光ビームスプリッタ３１４は、１／２波長板３１３から入射された光を、直進成分Ｐ波と反射成分Ｓ波に分離する。１／２波長板３１３を回転させることでＰ波とＳ波の割合を調整することができる。ここでは、Ｐ波が物体光とされ、Ｓ波が参照光とされる。１／２波長板３１３と偏光ビームスプリッタ３１４は、ハーフミラーに置換することができる。
【００８２】
偏光ビームスプリッタ３１４を直進した物体光はミラー３１５により反射され、１／２波長板３１６に入射される。１／２波長板３１６は入射された光の偏波面を、１／２波長板３１３により回転された状態から元に戻す。１／２波長板３１３と偏光ビームスプリッタ３１４をハーフミラーに置換した場合、この１／２波長板３１６は不要となる。
【００８３】
例えば可動ミラーで構成される偏向手段としての光偏向デバイス３１７は駆動部３１８により駆動され、１／２波長板３１６から入射された光を、紙面と平行な方向と紙面と垂直な方向の２軸で規定される任意の角度で反射する。駆動部３１８は例えばステッピングモータを含み、光偏向デバイス３１７を任意の角度に駆動する。制御手段としての制御部３１９は駆動部３１８を制御し、光偏向デバイス３１７を任意の角度に駆動させる。
【００８４】
テレセントリックｆθレンズ３２０は、光偏向デバイス３１７により反射されて入射された光をテレセントリックを保持しつつ、光偏向デバイス３１７による等角速度の変化を、投影面上における等速度の変化に変換する。テレセントリックｆθレンズ３２０より出射された光は微小角拡散板３２１に入射される。
【００８５】
微小拡散手段としての微小角拡散板３２１は、その拡散の度合いを変えることにより、視点範囲を制御することができる。微小角拡散板３２１は、集光レンズ系３２６に含まれる４ｆ系結像レンズによりホログラム記録媒体３４１上に投影される。微小角拡散板３２１は、ホログラム記録媒体３４１に近接する位置に配置されている集光レンズ系３２６により、ホログラム記録媒体３４１上で参照光側とほぼ同じ大きさの領域に集光される。
【００８６】
変化手段としての駆動部３２２は微小角拡散板３２１の位置を移動する。例えば微小角拡散板３２１はホログラム記録媒体３４１に要素ホログラムが形成される毎にランダムに移動される。これによりホログラムを観察したとき無限遠に定位するノイズを低減することができる。駆動部３２２としてもステッピングモータを利用することができる。
【００８７】
また、微小角拡散板３２１は領域によって異なる拡散角を持たせ、駆動部３２２により拡散角拡散板３２１の位置を移動して、所定の領域を選択し、所望の拡散角を得られるようにすることができる。視点範囲を水平方向と垂直方向とで変える場合には、微小角拡散板３２１に上下左右で異なる集光角を持たせることができる。微小角拡散板３２１を回折光学素子で作成し、円周方向と軸方向とで異なる回折を生じさせるようにすることもできる。
【００８８】
レンズ３２３は微小角拡散板３２１からの光を絞り３２４を介して光学手段としての集光レンズ系３２６に入射する。調整手段としての絞り３２４は、駆動部３２５により駆動され、開口の大きさが適宜調整される。これにより不要な回折光をカットし、適正な視野角を得ることができる。各要素ホログラムでレンズ系の通過する部分が変化するが、絞り３２４の口径を調整することで、ホログラム記録媒体３４１に要素ホログラムが形成される毎に、予め偏光角に応じた適正絞りに変更するようにしてもよい。これにより視野角制御だけでなく、明るさを均一にすることができる。
【００８９】
ホログラム記録媒体３４１の一方の面に物体光を照射する、第１の光学手段としての集光レンズ系３２６は、ホログラム記録媒体３４１の近傍では、ホログラム記録媒体３４１に対して空気を介さずにレンズ形状を密接させる。これにより偏向角を大きくしたスクリーン１２を製造することができる。レンズ部材をホログラム記録媒体３４１に空気を介さずに密接させつつ、ホログラム記録媒体３４１を相対移動させることは、光学屈折率を近いものにした所謂インデックスマッチング液、ゲルなどを充填することで実現することができる。
【００９０】
例えばステッピングモータにより構成される記録媒体移動手段としての移動部３２７は、ホログラム記録媒体３４１を集光レンズ系３２６の光軸に対して種直な面内で、集光レンズ系３２６に対して相対的に移動する。これにより露光位置を順次変更することができる。
【００９１】
偏光ビームスプリッタ３１４により分離された参照光は、第２の光学手段としてのミラー３２８，３２９，３３０により順次反射され、ホログラム記録媒体３４１の反対側の面に垂直に、物体光が入射される位置と同じ位置に入射される。
【００９２】
なお、図１３の実施の形態では、物体光側にのみ光偏向デバイス３１７を挿入したが、参照光側にも光偏向デバイスを挿入し、独立に制御するようにしてもよい。この場合、最終的に使用されるプロジェクタの投影光学系が平行光でなかった場合でも、それを補償するスクリーンを制作することができる。
【００９３】
［露光処理］
【００９４】
図１４は、露光処理を説明するフローチャートである。以下、図１４を参照して露光処理を説明する。
【００９５】
ステップＳ５１において移動部３２７は、ホログラム記録媒体３４１を初期位置に配置する。ステップＳ５２において移動部３２７は、１つの要素ホログラムを選択する。すなわち、移動部３２７はホログラム記録媒体３４１の露光する１つの微小領域３１を選択し、その微小領域３１が物体光と参照光が照射される位置に移動する。
【００９６】
ステップＳ５３において制御部３１９は駆動部３１８を制御し、光偏向デバイス３１７の角度を設定する。すなわち、露光対象の微小領域３１に形成する偏向角に対応する角度が設定される。
【００９７】
ステップＳ５４において駆動部３１２はシャッタ３１１を駆動し、シャッタ３１１を所定の時間だけ開放する。これにより、レーザ３１０より出射された光が、１／２波長板３１３を介して偏光ビームスプリッタ３１４に入射され、物体光と参照光に分離される。
【００９８】
物体光はミラー３１５により反射され、１／２波長板３１６により偏光面が元に戻された後、光偏向デバイス３１７に入射される。光偏向デバイス３１７により所定の角度に反射された光は、テレセントリックｆθレンズ３２０を介して微小角拡散板３２１に入射される。微小角拡散板３２１により拡散された光は、絞り３２４により光束径が制限された後、集光レンズ系３２６によりホログラム記録媒体３４１の今選択されている微小領域３１に照射される。
【００９９】
偏光ビームスプリッタ３１４により分離された参照光は、ミラー３２８，３２９，３３０により順次反射され、ホログラム記録媒体３４１の今選択されている微小領域３１に反対側から照射される。これにより、今選択されている微小領域３１が露光され、そこに光偏向デバイス３１７により設定された偏向角の光学偏向素子としてのホログラフィックオプティカルエレメントが形成される。
【０１００】
図１５は、微小領域３１に照射する光を説明する斜視図である。図１５において微小領域３１に下から垂直に入射しているのは参照光３５１であり、上から所定の偏向角で入射しているのが物体光３５２である。図１５Ａが物体光３５２の偏向角が最も大きい場合を表しており、図１５Ｂがそれより偏向角が小さい場合を表しており、図１５Ｃが偏向角が最も小さい場合を表している。ステップＳ５３における光偏向デバイス３１７の角度の設定により、物体光３５２の入射角度、すなわち、その微小領域３１の偏向角が決定される。いまの場合、例えば図１５Ａに示されるような入射角で物体光３５２が入射される。
【０１０１】
図１６は、微小領域３１に照射する光を説明する斜視図である。この図１６Ａ，Ｂ，Ｃからも図１５Ａ，Ｂ，Ｃと同様に、露光位置に応じて物体光３５２の偏向角が変化していることが判る。
【０１０２】
ステップＳ５５において移動部３２７は、ホログラム記録媒体３４１を移動する。すなわち、ホログラム記録媒体３４１が、次に露光される微小領域３１が光の照射位置に配置されるように、例えば０．１mmだけ移動される。
【０１０３】
ステップＳ５６において駆動部３２２は、ホログラムを観察したとき無限遠に定位するノイズを低減するために、微小角拡散板３２１をランダムに移動する。ステップＳ５７において移動部３２７は、ホログラム記録媒体３４１の振動の減衰を待つ。
【０１０４】
ステップＳ５８において移動部３２７は、全ての要素ホログラムの露光が終了したかを判定する。まだ全ての要素ホログラムの露光が終了していない場合、処理はステップＳ５２に戻りそれ以降の処理が繰り返される。全ての要素ホログラムの露光が終了した場合、ステップＳ５９において後処理が行われ、露光処理は終了する。これにより、図１５Ｂ，Ｃ及び図１６Ｂ，Ｃに示されるように、各微小領域３１に異なる入射角で物体光３５２が入射され、それぞれに異なる偏向角の偏向光学素子が形成される。以上のように、ホログラム記録媒体３４１がスクリーン１２として形成される。
【０１０５】
［スクリーン製造装置の構成２］
【０１０６】
図１７は、スクリーン製造装置４０１の構成を示す図である。このスクリーン製造装置４０１はカラーの立体画像を表示するスクリーン１２を製造する。このため、スクリーン製造装置４０１は、レーザ３１１として、赤のレーザ光を出射するレーザ３１１Ｒ、緑のレーザ光を出射するレーザ３１１Ｇ、および青のレーザ光を出射するレーザ３１１Ｂが設けられている。同様に、シャッタ３１２としても、赤のレーザ光用のシャッタ３１２Ｒ、緑のレーザ光用のシャッタ３１２Ｇ、および青のレーザ光用のシャッタ３１２Ｂが設けられている。さらに物体光と参照光を分離するハーフミラー３７１として、赤のレーザ光用のハーフミラー３７１Ｒ、緑のレーザ光用のハーフミラー３７１Ｇ、および青のレーザ光用のハーフミラー３７１Ｂが設けられている。
【０１０７】
レーザ３１１Ｒから出射された赤のレーザ光は、シャッタ３１２Ｒを介してハーフミラー３７１Ｒに入射され、物体光と参照光に分離される。レーザ３１１Ｇから出射された緑のレーザ光は、シャッタ３１２Ｇを介してハーフミラー３７１Ｇに入射され、物体光と参照光に分離される。レーザ３１１Ｂから出射された青のレーザ光は、シャッタ３１２Ｂを介してハーフミラー３７１Ｂに入射され、物体光と参照光に分離される。
【０１０８】
物体光としての赤のレーザ光は、ミラー３１５により反射され、合成プリズム３７２Ｇに入射され、物体光としての緑のレーザ光と合成される。赤と緑の合成されたレーザ光は、合成プリズム３７２Ｂに入射され、物体光としての青のレーザ光と合成される。物体光としての赤、緑および青の合成されたレーザ光は、光偏向デバイス３１７に入射され、以下、図１３における場合と同様に、テレセントリックｆθレンズ３２０、微小角拡散板３２１、レンズ３２３、絞り３２４、集光レンズ系３２６を介してホログラム記録媒体３４１に入射される。
【０１０９】
ハーフミラー３７１Ｒで分離された参照光としての赤のレーザ光は、ミラー３２８により反射され、合成プリズム３７３Ｇに入射され、参照光としての緑のレーザ光と合成される。赤と緑の合成されたレーザ光は、合成プリズム３７３Ｂに入射され、参照光としての青のレーザ光と合成される。参照光としての赤、緑および青の合成されたレーザ光は、ミラー３２９，３３０を介してホログラム記録媒体３４１に入射される。その他の構成は、図１３における場合と同様である。
【０１１０】
スクリーン製造装置４０１においては、各色のレーザ光を合成した上で、同時に露光してもよいし、各色で順次に露光してもよい。また、組み合わされるプロジェクタ１５のカラーの画素配列に合わせて、各色専用の微小領域３１を形成することもできる。この場合、アライメントで各色の画素をずらしておくか、各色で露光する毎にホログラム記録媒体３４１を相対移動させることができる。
【０１１１】
スクリーン製造装置４０１の他の動作は、図１３のスクリーン製造装置３０１と同様であり、繰り返しになるのでその説明は省略する。
【０１１２】
なお、図１７のスクリーン製造装置４０１においても、ハーフミラー３７１Ｒ，３７１Ｇ，３７１Ｂの代わりに、図１３における場合と同様に、１／２波長板３１３と偏光ビームスプリッタ３１４の組み合わせを用いることができる。この場合、その組み合わせが各色のレーザ光の経路に配置される。
【０１１３】
［一括露光］
【０１１４】
以上のようにして光学偏向素子が形成されたホログラム記録媒体３４１から、次のようにして大量のスクリーン１２を製造することができる。
【０１１５】
図１８は、一括露光を説明する図である。露光されたホログラム記録媒体３４１から大量のスクリーン１２を製造する場合、図１８に示されるように、露光されたホログラム記録媒体３４１に未露光のホログラフィック感光部材３９１が密着される。そして、全面露光用光出射手段としてのレーザ５１１から図示しないコリメータ光学系を用いて平行光を出射し、マスタとしてのホログラム記録媒体３４１に密着させた未露光のホログラフィック感光部材３９１に照射する。これにより、マスタとしてのホログラム記録媒体３４１の光学偏向素子がホログラフィック感光部材３９１に転写される。このようにして大量のスクリーン１２を製造することができる。
【０１１６】
［変形例］
【０１１７】
以上においては、想定視点１７１が位置する線Ｌにより形成される形状を矩形としたが、円形または楕円形とすることもできる。例えば、外形が上から見て円形または楕円形のサッカースタジアムの１階席と２階席の間の梁の部分にビデオカメラを配置し、スタジアム内で行われる試合を撮影して、立体画像を得ることができる。想定視点が通る線Ｌで形成される形状は、ビデオカメラの設置位置を通る線で形成される形状と相似になるようにするのが好ましい。そこで、このようなスタジアムで撮像された立体画像を表示する場合、線Ｌで形成される形状を、円形または楕円形とするのが好ましい。
【０１１８】
そしてこのような場合、ビデオカメラの設置位置に対応する方向に各単位表示領域２１内の偏向角が設定されるので、単位表示領域２１も円形または楕円形にした方が、スクリーン１２を設計し易い。単位表示領域２１を矩形にする場合、偏向角はｘｙ座標系を用いて設計されるが、単位表示領域２１を円形または楕円形に形成する場合、偏向角を極座標系を用いて設計することができる。
【０１１９】
ただし、単位表示領域２１を円形または楕円形にすると、複数の単位表示領域２１を平面上に配列したとき、相互に隣接する単位表示領域２１の間に隙間ができてしまう。そこで、単位表示領域２１を、６角形に形成することができる。このようにすれば、複数の単位表示領域２１を平面上に配列したとき、相互に隣接する単位表示領域２１の間に隙間ができることが防止される。
【０１２０】
図１９は、単位表示領域２１の形状を示す図である。図１９Ａの例においては、単位表示領域２１が正６角形とされている。図１９Ｂの例においては、単位表示領域２１が若干扁平した６角形とされている。いずれも複数の単位表示領域２１がハニカム構造となるように隙間なく組み合わされて形成されている。正６角形は矩形より円形に近い形状なので、線Ｌで形成される形状が円形である場合、単位表示領域２１の形状を図１９Ａに示されるように正６角形に形成することができる。若干扁平した６角形は、矩形より楕円形に近い形状である。従って線Ｌで形成される形状が楕円形である場合、単位表示領域２１の形状を、図１９Ｂに示されるように、若干扁平した６角形に形成することができる。
【０１２１】
図２０は、本発明の光学部１の他の実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。
【０１２２】
図１の実施の形態においては、光学部１が床などに載置され、その外周の４方向から観察が可能である。これに対して図２０の実施の形態の場合、光学部１は、一方の側面が壁６１１に取り付けられている。従って、線Ｌは、壁６１１の方向を除く、３方向の外周に沿ってのみ想定され、ユーザが３方向から立体画像を観察することができるように、想定視点１７１が想定される。
【０１２３】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理も含むものである。
【０１２４】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  光学部，  １２  スクリーン，  １３  投影領域，  １５  プロジェクタ，  ２１  単位表示領域，  ３１  微小領域，  １０１  立体画像表示装置，  １１２  変更部，  １１３  マッピングテーブル，  １６１  ビデオカメラ，  １６２  単位投光画素，  １６３  投光画素
【図１】
0005510723.tif 000002
【図２】
0005510723.tif 000003
【図３】
0005510723.tif 000004
【図４】
0005510723.tif 000005
【図５】
0005510723.tif 000006
【図６】
0005510723.tif 000007
【図７】
0005510723.tif 000008
【図８】
0005510723.tif 000009
【図９】
0005510723.tif 000010
【図１０】
0005510723.tif 000011
【図１１】
0005510723.tif 000012
【図１２】
0005510723.tif 000013
【図１３】
0005510723.tif 000014
【図１４】
0005510723.tif 000015
【図１５】
0005510723.tif 000016
【図１６】
0005510723.tif 000017
【図１７】
0005510723.tif 000018
【図１８】
0005510723.tif 000019
【図１９】
0005510723.tif 000020
【図２０】
0005510723.tif 000021