(57)【要約】立体画像投影装置１Ａは、画像光Ｌが入射される入射面１１ｐ及び出射面１１ｒを有し、出射面１１ｒにおける画像光Ｌの出射方向Ｃ１と出射面１１ｒとが所定の角度をなすように画像光Ｌの進行方向Ｃ１を転換する板状の第１光学部材１１を含む転換光学系１０Ａと、出射面１１ｒ上の所定点を回転中心として、転換光学系１０Ａを出射面１１ｒに沿って回転駆動する回転駆動部２０と、回転中心を含む回転軸ＲＡに沿って立設され、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの進行方向Ｃ１を回転軸ＲＡに対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌを回転軸ＲＡに沿った第２方向に拡散する画像投影部３０Ａと、を備える。
2013054634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有し、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する板状の第１光学部材を含む転換光学系と、
前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、
前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備える立体画像投影装置。
【請求項２】
前記画像投影部は、回折格子を含む請求項１に記載の立体画像投影装置。
【請求項３】
前記画像投影部は、前記回折格子を含む反射型ホログラムである請求項２に記載の立体画像投影装置。
【請求項４】
前記画像投影部は、前記回折格子を含む透過型ホログラムである請求項２に記載の立体画像投影装置。
【請求項５】
前記画像投影部は、前記画像光を前記第１方向に反射する反射板と、前記画像光を前記第２方向に拡散する拡散板と、を有し、
前記反射板と前記拡散板とは積層されている請求項１に記載の立体画像投影装置。
【請求項６】
前記拡散板は複数のシリンドリカルレンズを含むレンチキュラーレンズである請求項５に記載の立体画像投影装置。
【請求項７】
前記拡散板のレンズ面には、前記反射板が設けられている請求項６に記載の立体画像投影装置。
【請求項８】
前記転換光学系は、第２光学部材をさらに含み、
前記第２光学部材は、前記画像光を平行光に変換すると共に前記第１光学部材の前記入射面に対して前記平行光に変換された前記画像光を出射する請求項１〜７の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
【請求項９】
前記転換光学系は、第３光学部材をさらに含み、
前記第３光学部材は、前記画像投影部に対して第３方向に収束させた前記画像光を出射し、
前記第３方向は、前記回転軸に対して直交する面に沿った方向であり且つ前記第１光学部材の前記出射面における前記出射方向に直交する方向である請求項１〜８の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
【請求項１０】
前記画像投影部は前記回転軸に垂直な方向に湾曲した形状である請求項１〜９の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
【請求項１１】
前記転換光学系は、回折格子を含む請求項１に記載の立体画像投影装置。
【請求項１２】
回転駆動部により回転駆動される転換光学系から画像投影部に画像光を投影して立体画像を得る方法であって、
物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た複数の原画像のそれぞれを、前記原画像の一方向に沿って分割して分割画像を形成する分割工程と、
複数の前記分割画像から、前記転換光学系の回転角度、及び前記画像投影部に投影された前記画像光の前記画像投影部における位置に基づいて前記分割画像を選択する選択工程と、
選択された前記分割画像を組み合わせて前記画像光を発生するための投影画像を作成する結合工程と、
前記投影画像が反映された前記画像光を生成し、前記転換光学系を通じて前記画像投影部に投影する投影工程と、を備え、
前記投影工程では、
前記画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部から前記画像光を前記転換光学系に出射し、
前記画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する転換光学系により前記画像光の進行方向を転換し、
前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動し、
前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部に前記画像光を出射する立体画像投影方法。
【請求項１３】
前記画像投影部は、前記転換光学系から出射された前記画像光を反射する反射板及び前記画像光を一方向に拡散する拡散板が積層されている請求項１２に記載の立体画像投影方法。
【請求項１４】
物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得られた複数の原画像を用いて投影画像を作成する画像作成部と、
前記投影画像が反映された画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部と、
前記画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する転換光学系と、
前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、
前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、
を備え、
前記投影画像は前記原画像の一方向に沿って前記原画像が分割された複数の分割画像により構成され、
前記分割画像は、前記転換光学系の回転角度、及び前記画像投影部に投影された前記画像光の前記画像投影部における位置に基づいて選択される立体画像投影システム。
【請求項１５】
前記画像投影部は、前記転換光学系から出射された前記画像光を反射する反射板及び前記画像光を一方向に拡散する拡散板が積層されている請求項１４に記載の立体画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像を投影する立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リアリティの高い画像を表示させるために、物体の三次元画像を空間に表示させる画像表示システムが開発されている。このようなシステムの例として、特許文献１には、ホログラムの記録時に予め定めた方向に画像を投影する立体画像投影装置が記載されている。この立体画像投影装置は、観察者の位置の変化に応じて再現性の高い立体画像を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２２７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の立体画像投影装置は、所定の方向に出射された画像光を回転させて形成された空間領域に立体画像を表示する。従って、立体画像が表示される領域が限定される傾向にあった。【０００５】
そこで、本発明は係る課題に鑑みて為されたものであり、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することが可能な立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム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】
【０００６】
本発明の一側面の立体画像投影装置は、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有し、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する板状の第１光学部材を含む転換光学系と、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備える。【０００７】
また、本発明の他の側面の立体画像投影方法は、回転駆動部により回転駆動される転換光学系から画像投影部に画像光を投影して立体画像を得る方法であって、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た複数の原画像のそれぞれを、原画像の一方向に沿って分割して分割画像を形成する分割工程と、複数の分割画像から、転換光学系の回転角度、及び画像投影部に投影された画像光の画像投影部における位置に基づいて分割画像を選択する選択工程と、選択された分割画像を組み合わせて画像光を発生するための投影画像を作成する結合工程と、投影画像が反映された画像光を生成し、転換光学系を通じて画像投影部に投影する投影工程と、を備え、投影工程では、画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部から画像光を転換光学系に出射し、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する転換光学系により画像光の進行方向を転換し、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動し、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部に画像光を出射する。【０００８】
また、本発明の他の側面の立体画像投影システムは、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得られた複数の原画像を用いて投影画像を作成する画像作成部と、投影画像が反映された画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部と、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する転換光学系と、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備え、投影画像は原画像の一方向に沿って原画像が分割された複数の分割画像により構成され、分割画像は、転換光学系の回転角度、及び画像投影部に投影された画像光の画像投影部における位置に基づいて選択される。【０００９】
この立体画像投影装置、立体画像投影方法及び立体画像投影システムによれば、転換光学系が画像光の進行方向を転換する。この転換光学系は、所定点を回転中心として回転している。このため、画像光は、転換光学系の回転に伴って、画像投影部に回転軸のまわりにスキャンされながら投影される。そして、画像投影部は、投影された画像光の進行方向を第１方向に転換する。この第１方向は、画像投影部上の位置と該位置への入射角度に対応している。このため、画像光が画像投影部上をスキャンされながら投影されると、画像投影部上の位置及び該位置への入射角度に対応して、互いに異なる方向に画像光が投影される。従って、観察者の視点に応じた画像を投影させることが可能となるので、立体画像を表示させることができる。このように、転換光学系と画像投影部とを用いることで、転換光学系から離れた広い領域に立体画像を生成できる。さらに、画像投影部は、投影された画像光を一方向に拡散する。これにより、立体画像が視認できる領域を一方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することができる。【００１０】
画像投影部は、回折格子を含んでもよい。この画像投影部によれば、特定の方向から入射された画像光のみを、第１方向へ方向転換する。このため、画像光の入射方向以外の方向から、画像投影部へ光が入射しても、第１方向に進行する光に方向転換されることがない。従って、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。【００１１】
画像投影部は、回折格子を含む反射型のホログラムであってもよい。この画像投影部によれば、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。【００１２】
前記画像投影部は、回折格子を含む透過型のホログラムであってもよい。この画像投影部によれば、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。さらに、この画像投影部によれば、実在する物体と重ね合わせるように立体画像を表示することができる。【００１３】
画像投影部は、画像光を第１方向に反射する反射板と、画像光を第２方向に拡散する拡散板と、を有し、反射板と拡散板とは積層されてもよい。この構成によれば、画像投影部を容易に形成することができる。【００１４】
拡散板は複数のシリンドリカルレンズを含むレンチキュラーレンズであってもよい。この構成によれば、画像光を一方向に拡散することができる。【００１５】
拡散板のレンズ面には、反射板が設けられていてもよい。この構成によれば、拡散板と反射板との機能を一体化することができる。【００１６】
転換光学系は、第２光学部材をさらに含み、第２光学部材は、画像光を平行光に変換すると共に第１光学部材の入射面に対して平行光に変換された画像光を出射してもよい。【００１７】
転換光学系は、第３光学部材をさらに含み、第３光学部材は、画像投影部に対して第３方向に収束させた画像光を出射し、第３方向は、回転軸に対して直交する面に沿った方向であり且つ第１光学部材の出射面における出射方向に直交する方向であってもよい。この転換光学系によれば、画像光の中央付近の光と画像光の端部付近の光との間で、転換光学系から画像投影部までの距離差が小さくなる。従って、転換光学系から画像投影部までの距離差に起因する立体画像の歪の発生を抑制することができる。また、転換光学系は、第１〜第３光学部材の機能をそれぞれ組み合わせた透過型のホログラムであってもよい。また、転換光学系は、第１〜第３光学部材の機能をそれぞれ組み合わせた反射型のホログラムであってもよい。【００１８】
画像投影部は、回転軸に垂直な方向に湾曲した形状であってもよい。このような構成によれば、画像光が投影される範囲を拡大することができる。これにより、画像光が拡散される方向に直交する方向、すなわち奥行き方向に画像光を投影することが可能となる。従って、立体画像が視認できる領域をさらに拡張することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムによれば、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の立体画像投影システムの構成を説明するための構成図である。
【図３】図１の画像投影部を説明するための図である。
【図４】図１の画像投影部を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の立体画像投影方法の主要な工程を説明するためのフロー図である。
【図６】第１実施形態の立体画像投影方法の一工程を説明するための図である。
【図７】第１実施形態の立体画像投影方法の一工程を説明するための図である。
【図８】第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。
【図９】第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。
【図１０】第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。
【図１１】第２実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】図１１の画像投影部を説明するための図である。
【図１３】図１１の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。
【図１４】図１２の画像投影部を製造する方法を説明するための図である。
【図１５】第３実施形態の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態の画像投影部を製造する方法を説明するための図である。
【図１７】第４実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図１８】図１７の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。
【図１９】図１７の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。
【図２０】第１実施形態の画像投影部の変形例を説明するための図である。
【図２１】比較例の立体画像投影装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明による立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１及び図２は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａを含む立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するための図である。図１は立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するためのブロック図である。図２は、立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するための図である。図１及び図２に示されるように、立体画像投影システム１００Ａは、立体画像投影装置１Ａ、画像作成部２、及び画像光出射部３を備えている。
【００２３】
画像作成部２は、投影画像を作成する。投影画像とは、画像光出射部３により投影される画像である。画像光とは、画像光出射部３から照射される投影画像が反映された光である。投影画像の作成工程は後述する。画像作成部２が配置される位置は特に限定されないが、第１実施形態では立体画像投影装置１Ａの下側に配置されている。画像作成部２には、例えばデータ記録装置、作業用メモリ、及びＣＰＵなどを備えたコンピュータが用いられる。
【００２４】
画像光出射部３は、画像光Ｌを生成し、立体画像投影装置１Ａに向けて出射する。この画像光Ｌは、画像作成部２において作成された投影画像に基づいて生成される。画像光出射部３は、立体画像投影装置１Ａの下側に配置されている。画像光出射部３は、立体画像投影装置１Ａの上側に配置されてもよい。画像光出射部３は、制御部３ａ及びプロジェクタ３ｂを備えている。
【００２５】
制御部３ａには立体画像投影装置１Ａから後述する回転角度を示す位置データが逐次入力される。制御部３ａは、この位置データに基づいて投影画像をプロジェクタ３ｂに出力する。
【００２６】
プロジェクタ３ｂは、投影画像に基づいて画像光Ｌを生成し、立体画像投影装置１Ａに向けて出射する。プロジェクタ３ｂには、投影画像が反映された画像光Ｌをパルス状に連続的に出射することができるデバイスを用いる。例えば、テキサスインスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を内蔵するプロジェクタを用いることができる。立体画像装置１で立体画像を生成するときには、例えば、後述する転換光学系１０Ａが０．７度だけ回転する毎に画像光Ｌを投影する。立体の動画像を生成する場合には、１秒間に３０コマの画像光Ｌを投影する。このため、プロジェクタ３ｂは、少なくとも１秒間に１５０００コマの画像光Ｌを投影可能に構成されている。
【００２７】
立体画像投影システム１００Ａは、光軸調整用のミラー４を備えている。ミラー４は、画像光出射部３から出射された画像光Ｌを立体画像投影装置１Ａに導光する。ミラー４は、プロジェクタ３ｂの光軸ＡＰ及び立体画像投影装置１Ａの光軸ＡＬが交差する位置に配置されている（図２参照）。立体画像投影システム１００Ａはミラー４を備えているが、立体画像投影システム１００Ａはミラー４を備えていなくてもよい。例えば、ミラー４を備えていない立体画像投影システムでは、プロジェクタ３ｂの光軸ＡＰが立体画像投影装置１Ａの光軸ＡＬに重なるように画像光出射部３が配置される。
【００２８】
立体画像投影装置１Ａは、転換光学系１０Ａ、回転駆動部２０、及び画像投影部３０Ａを備えている。
【００２９】
転換光学系１０Ａは、プロジェクタ３ｂから出射された画像光Ｌの進行方向を転換する。転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転可能に構成されることにより、進行方向が転換された画像光Ｌを回転方向にシフトさせて画像光Ｌを画像投影部３０Ａに出射する。転換光学系１０Ａは、第１光学部材１１及び第２光学部材１２を備えている。第１光学部材１１及び第２光学部材１２は、画像光出射部３側から、第２光学部材１２、第１光学部材１１の順に配置されている。
【００３０】
第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を転換する偏向光学プレートである。第１光学部材１１は、画像光Ｌを透過可能な円板状の形状を有している。第１光学部材１１は、入射面１１ｐ及び出射面１１ｒを有している。入射面１１ｐは画像光Ｌが入射される面である。出射面１１ｒは入射面１１ｐの反対側にあって、画像光Ｌを出射する面である。第１光学部材１１は、出射面１１ｒにおける画像光Ｌの出射方向Ｃ１と出射面１１ｒとが所定の角度Ａ１をなすように画像光Ｌの進行方向を転換する。所定の角度は画像投影部３０Ａの形状、大きさ或いは画像投影部３０Ａと転換光学系１０Ａとの位置関係に基づいて設定される。第１実施形態では、所定の角度Ａ１は６８度である。
【００３１】
第１実施形態において、第１光学部材１１は、例えば入射された光の進行方向を所定の方向に転換可能なリニアプリズム板である。リニアプリズム板は、プリズムを平面上に並設した板状の光学部材である。リニアプリズム板は、プリズムとプリズムとの間のピッチが１ｍｍ以下に設定されている。第１実施形態のリニアプリズム板のピッチは、０．３ｍｍである。
【００３２】
第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を所定の角度だけ転換できる１つのリニアプリズム板から構成されてもよいし、複数のリニアプリズム板を組み合わせて構成されてもよい。第１実施形態の第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を２２度だけ転換でできる１枚のリニアプリズム板で構成されている。
【００３３】
第１光学部材１１は、第１光学部材１１の中心を回転中心として、回転駆動部２０により回転駆動される。これにより、画像光Ｌの出射方向Ｃ１が回転方向に沿ってシフトされる。
【００３４】
第１光学部材１１は、回転基準用部材１１ａを有している。回転基準用部材１１ａは、第１光学部材１１の回転角度を取得するための基準である。回転基準用部材１１ａは、例えば円板状の第１光学部材１１の外周縁に等間隔に配置された凸部である。
【００３５】
第２光学部材１２は、画像光Ｌを平行光に変換する。第２光学部材１２は、立体画像投影装置１Ａの入射画像光の光軸ＡＬに沿って第１光学部材１１よりも画像光出射部３側に配置されている。すなわち、画像光Ｌは、第２光学部材１２を通過した後に、第１光学部材１１に入射する。第１実施形態において、第２光学部材１２は、焦点から出射された光を平行光に変換することが可能なフレネルレンズである。フレネルレンズは、通常のレンズを平行領域に分割したレンズである。フレネルレンズは、平行直線上に形成された複数のレンズを有するため、焦点から出射された画像光Ｌを平行光に変換する。第１実施形態のフレネルレンズは、例えば外径が３００ｍｍであり、焦点距離が６００ｍｍである。第２光学部材１２にフレネルレンズを用いることにより、第２光学部材１２の厚さを薄くすることができる。
【００３６】
回転駆動部２０は、転換光学系１０Ａを一方向に回転駆動する。回転駆動部２０は、転換光学系１０Ａを出射面１１ｒ上の中心を回転軸ＲＡとして出射面１１ｒに沿って回転させる。回転駆動部２０は、コントロールボード２１、サーボアンプ２２、回転駆動機構２３、及びエンコーダ２４を備えている。
【００３７】
コントロールボード２１は、サーボアンプ２２に駆動信号を出力する。また、コントロールボード２１は、後述するエンコーダ２４から出力された数値に基づいて、第１光学部材１１の回転角度を算出し、画像光出射部３の制御部３ａに、その回転角度を示す位置データを出力する。サーボアンプ２２は、コントロールボード２１から出力された駆動信号に基づいて、回転駆動機構２３を所望の角速度で回転駆動する。回転駆動機構２３は、外部からの電力の供給により、転換光学系１０Ａを所望の角速度で回転させる。このような回転駆動機構２３は、電気モータ、及びベルトドライブ、ギア等により実現することができる。エンコーダ２４は、第１光学部材１１の回転基準用部材１１ａに基づく数値を取得し、コントロールボード２１に出力する。
【００３８】
図３及び図４は、画像投影部３０Ａの構成を説明するための図である。画像投影部３０Ａは、画像光Ｌを所定の方向に反射すると共に、画像光Ｌを一方向（第２方向）に拡散する。ここで、第１実施形態における一方向とは回転軸ＲＡに沿った方向である。画像投影部３０Ａは、回転中心を含む回転軸ＲＡに沿って立設され、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状である。画像投影部３０Ａは、基部３１の上に反射板３２及び拡散板３３が積層された構成を有する。図４を参照すると、基部３１の上に反射板３２が形成され、反射板３２の上に拡散板３３が形成されている。
【００３９】
基部３１は、画像光Ｌが投影される表面３１ｐ、表面３１ｐの反対側にある裏面３１ｒを有する。基部３１には、例えば、光学的に透明な部材であるＰＭＭＡ（アクリル）やＰＣ（ポリカーボネート）はガラスを用いることができる。基部３１は、回転軸ＲＡの方向から見ると所定の曲線状の形状を有している。所定の曲線は、例えば円錐曲線である円、楕円、放物線、又は双曲線である。第１実施形態における基部３１の形状は、直径が６００ｍｍである円筒を一部切り欠いた形状である。基部３１は、所定の曲線が回転軸ＲＡ方向に延在して、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状を形成している。
【００４０】
反射板３２は、画像投影部３０Ａに入射する画像光Ｌを反射する。この反射板３２には、例えば合成樹脂製の反射材であるアクリルミラーを用いることができる。
【００４１】
拡散板３３は、画像光Ｌを回転駆動部２０の回転軸ＲＡに沿った方向（第２方向）に拡散する。拡散板３３は、反射板３２の上に配置されている。この拡散板３３は、例えば、複数のシリンドリカルレンズ３３ａを備えたレンチキュラーレンズである。レンチキュラーレンズは、シリンドリカルレンズ３３ａの曲面が露出したレンズ面３３ｐ、及びレンズ面３３ｐの反対側にある非レンズ面３３ｒを有する。
【００４２】
シリンドリカルレンズ３３ａの延びた方向は回転軸ＲＡの方向と交差している。また、レンチキュラーレンズには、例えば１インチ当り１６０本のシリンドリカルレンズ３３ａが配置されている（ＬＰＩ＝１６０）。レンチキュラーレンズは、例えば光学接着用両面テープを用いて基部３１の反射板３２上に貼り付けられている。第１実施形態では、非レンズ面３３ｒが反射板３２と向かい合うように貼り付けられる。レンチキュラーレンズの貼り付けには、例えば、両面テープとして、日東電工社製の光学用透明粘着シートＬＵＣＩＡＣＳ（登録商標）ＣＳ９６２１ＴあるいはＬＵＣＩＡＣＳ（登録商標）ＣＳ９６２２Ｔを用いることができる。
【００４３】
次に、立体画像投影方法について説明する。図５は、第１実施形態の立体画像投影方法の主要な工程を示すフロー図である。第１実施形態の立体画像撮影方法は、分割工程Ｓ１、選択工程Ｓ２、結合工程Ｓ３、及び投影工程Ｓ４を備えている。
【００４４】
はじめに、原画像を準備する。図６（ａ）は、原画像を準備する工程を説明するための図である。原画像は、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た画像である。図６（ａ）では一例として、物体４１を正面視して、右回転方向に６０度、左回転方向に６０度の範囲において、６０度毎に撮影することにより、原画像４２〜４４を得る例を示している。撮影された原画像４２〜４４は、画像作成部２に入力される。なお、原画像は、例えば実在の物体４１を投影対象とし、物体４１をデジタルカメラ等により撮影して得た画像であってもよい。また、コンピュータグラフィックスにより投影対象を生成した画像であってもよい。さらに、ビデオカメラ等により撮影した画像を、画像作成部２にリアルタイムに入力したものであってもよい。
【００４５】
次に、原画像４２〜４４を分割する工程を実施する（Ｓ１：分割工程）。図６（ｂ）は、原画像を分割する工程を説明するための図である。この工程Ｓ１では、画像作成部２に入力された原画像４２〜４４のそれぞれを、原画像４２〜４４の一方向に沿って分割して分割画像を生成する。本実施形態の一方向とは、原画像の縦方向である。分割数は、例えば画像投影部３０Ａの形状或いは大きさに基づいて設定される。図６（ｂ）では原画像は３つに分割されているが、実際の分割数は３つ以上であってもよく、例えば分割数は１６以上であってもよい。この分割数には、特に上限はない。
【００４６】
続いて、分割画像から所定の画像を選択する（Ｓ３：選択工程）。所定の画像は、転換光学系１０Ａの回転角度と、画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌの位置に基づいて選択される。
【００４７】
選択工程Ｓ３についてさらに詳細に説明する。第１光学部材１１から画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌは、画像投影部３０Ａの反射板３２により反射される。このとき、反射板３２は基部３１の形状に沿った曲面を有しているので、画像光Ｌは画像投影部３０Ａに投影された位置Ｐａ〜Ｐｃ毎に異なる方向に反射される。一方、転換光学系１０Ａが回転することにより画像光Ｌの位置が移動する。この移動により反射板３２に対する入射角度は、それぞれの位置Ｐａ〜Ｐｃにおいて変化する。従って、画像光Ｌは、転換光学系１０Ａの回転角度毎に異なる方向に反射される。そして、異なる方向に反射されるそれぞれの画像光Ｌを生成する画像として、それぞれの方向から見た原画像から形成された画像が選択される。
【００４８】
例えば、図７を参照すると、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの一部Ｌ１は、画像投影部３０Ａに対する入射角度φ１に対応する反射角度φ２で、方向Ｄ１に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ１は、物体４１を方向Ｄ１から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４２を分割した分割画像４２ａ〜４２ｃのいずれか１つが選択される。
【００４９】
また、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの一部Ｌ２は、方向Ｄ２に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ２は、物体４１を方向Ｄ２から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４３を分割した分割画像４３ａ〜４３ｃのいずれか１つが選択される。
【００５０】
そして、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの別の一部Ｌ３は、方向Ｄ３に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ３は、物体４１を方向Ｄ３から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４３を分割した分割画像４４ａ〜４４ｃのいずれか１つが選択される。
【００５１】
続いて、選択された分割画像を結合する（Ｓ５：結合工程）。この工程Ｓ５では、選択された分割画像を結合して１つの結合投影画像を形成する。
【００５２】
そして、結合投影画像を画像光出射部３に入力し、結合投影画像が反映された画像光Ｌを画像投影部３０Ａに投影する（Ｓ７：投影工程）。投影工程Ｓ４では、画像光Ｌを、転換光学系１０Ａを介して画像投影部３０Ａに投影する。以上の工程を経て立体画像が投影される。
【００５３】
分割工程Ｓ１、選択工程Ｓ２、及び結合工程Ｓ３により画像投影部３０Ａに投影する結合投影画像を生成する工程について説明した。近年は、画像処理装置（画像処理ボード）の性能が高いため、これらの工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をアルゴリズム化し、ソフトウェア的に自動処理（アルゴリズム）して結合投影画像を生成してもよい。
【００５４】
比較例の立体画像投影装置の問題点について説明する。図２１は、比較例の立体画像投影装置９０の効果を説明するための図である。立体画像投影装置９０は、画像光出射部９１、転換光学系９２、及び回転駆動部９３を備えている。転換光学系９２は、第１光学部９２ａ、第２光学部９２ｂ、及び拡散板９２ｃを備えている。第１光学部９２ａは、画像光Ｌを平行光に変換する。第２光学部９２ｂは、平行光に変換された画像光Ｌの進行方向を転換する。拡散板９２ｃは、進行方向が転換された画像光Ｌを所定の方向に拡散させる。すなわち、立体画像投影装置９０は、画像投影部３０Ａを備えていない点、及び転換光学系９２が拡散板９２ｃを備えている点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違している。
【００５５】
立体画像投影装置９０は、画像光出射部９１から出射された画像光Ｌを転換光学系９２を介して投影する。そうすると、画像光Ｌの進行方向が転換され、且つ方向が転換された状態で回転する。従って、三角錐形状の空間領域９４に立体画像９５が投影される。このような立体画像投影装置９０によれば、立体画像９５が投影される領域は空間領域９４に制限される。空間領域９４は、拡散板９２ｃの表面９２ｐの近傍に形成されるため、立体画像９５が空中に浮遊しているかのような投影を実現することが困難である。
【００５６】
一方、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａによれば、転換光学系１０Ａが画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ａに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ａは反射板３２を有するため、投影された画像光Ｌが入射角に対応した反射角で反射される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ａにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動される。このように、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ａとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
【００５７】
ここで、図８を参照する。図８は、立体画像投影装置１Ａの効果を説明するための図である。図８（ａ）は、所定の回転角度における一部の画像光Ｌの進行方向を示している。画像光Ｌは、画像投影部３０Ａの所定の点Ｐａにおいて、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄａの方向に向かって進行する。続いて、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から転換光学系１０Ａが一定の角度だけ回転したときにおける一部の画像光Ｌの進行方向を示している。このとき、点Ｐａにおいて反射される画像光Ｌは、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄｂの方向に向かって進行する。さらに、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の状態から転換光学系１０Ａが一定の角度だけ回転したときにおける一部の画像光Ｌの進行方向を示している。このとき、点Ｐａにおいて反射される画像光Ｌは、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄｃの方向に向かって進行する。このように、被投影位置が移動されると画像投影部３０Ａから、互いに異なる方向に画像光Ｌが反射される。従って、立体画像を表示させることができる。
【００５８】
図９は立体画像投影装置１Ａの効果を説明するための図である。立体画像投影装置１Ａでは、画像投影部３０Ａの拡散板３３が投影された画像光Ｌを一方向に拡散させる。第１実施形態の拡散板３３は、シリンドリカルレンズ３３ａの延びた方向Ｄｒが回転軸ＲＡと交差するように配置されている。これにより、画像投影部３０Ａで反射された画像光Ｌが回転軸ＲＡに沿った方向Ｄｐに拡散されるので、立体画像３５が視認される垂直方向の領域を回転軸ＲＡに沿った方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像３５が視認される垂直方向の領域を容易に拡張することができる。
【００５９】
立体画像３５が表示される領域は、画像投影部３０Ａに囲まれた領域に形成される。画像投影部３０Ａは転換光学系１０Ａから所定距離だけ離間して配置されているため、転換光学系１０Ａから回転軸ＲＡの方向に離間した位置に、立体画像３５を表示させることができる。このため、立体画像３５が空中に浮遊しているかのような投影を実現することができる。
【００６０】
図１０は立体画像投影装置１Ａの効果を別の観点から説明するための図である。立体画像投影装置１Ａの画像投影部３０Ａは、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状である。このため、画像投影部３０Ａから反射された画像光Ｌは画像投影部３０Ａに囲まれた領域に投影される。より詳細には、画像投影部３０Ａから反射された画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ、点Ｐｄからの画像光Ｌの反射方向Ｄｄを含む面、及び点Ｐｅからの画像光Ｌの反射方向Ｄｅを含む面に囲まれた領域に投影される。従って、立体画像が視認される領域を、いわゆる奥行き方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像が視認される領域をさらに拡張することができる。
【００６１】
点Ｐｄは画像投影部３０Ａを回転軸ＲＡの方向から見たときの画像投影部３０Ａの一端である。点Ｐｄからは、互いに異なる方向に画像光Ｌが反射される。この反射された画像光Ｌにおいて、画像投影部３０Ａから離間する方向成分を有する方向が反射方向Ｄｄである。また、点Ｐｅは、画像投影部３０Ａを回転軸ＲＡの方向から見たときの画像投影部３０Ａの他端である。点Ｐｅからの反射された画像光Ｌにおいて、画像投影部３０Ａから離間する方向成分を有する方向が反射方向Ｄｅである。
【００６２】
さらに、立体画像投影装置１Ａを含む立体画像投影システム１００Ａによれば、転換光学系１０Ａでは画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ａに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ａは反射板３２を有するため、投影された画像光Ｌが入射角に対応した反射角で反射される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ａにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動される。当該被投影位置が移動されると、画像投影部３０Ａに対する画像光Ｌの入射角が変化し、入射角の変化に伴い反射角も変化する。そして、投影される画像光Ｌは、転換光学系１０Ａの回転角度、及び回転角度から画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌの画像投影部３０Ａにおける位置に基づいて選択された選択画像からなる投影画像を反映している。従って、互いに異なる方向に、該方向に対応した画像光Ｌが投影されるので、観察者の位置が変化しても再現性の高い立体画像を表示させることができる。このように、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ａとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。そして、画像投影部３０Ａの拡散板３３は、投影された画像光Ｌを一方向に拡散する。これにより、画像投影部３０Ａで反射された画像光Ｌが一方向に拡散されるので、立体画像３５が表示される領域を一方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像３５が表示される領域を容易に拡張することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂを含む立体画像投影システム１００Ｂを説明する。図１１に示すように、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂは、反射板３２及び拡散板３３に代えて、回折格子が形成された光学シート３６を画像投影部３０Ｂが含む点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂのその他の構成は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様である。以下、画像投影部３０Ｂについて詳細に説明する。
【００６４】
図１２に示すように、画像投影部３０Ｂは、基部３１及び光学シート３６を有している。回折格子が形成された光学シート３６は、基部３１の表面３１ｐに貼り付けられている。ここで、光学シート３６は、例えばホログラムを用いることができる。ホログラムは、ホログラフィー技術を用いて光の情報を記録した媒体である。このホログラムに光を照射すると、ホログラムを構成する回折格子により光の回折が生じ、ホログラムに記録された光の情報である光強度と位相とが再現された光が生じる。
【００６５】
図１３に示すように、光学シート３６には、反射型ホログラム（リップマン型ホログラム）を用いることができる。この光学シート３６には、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌと同じ方向に進行する光を参照光ＲＬとし、物体光ＯＬの情報が記録されている。光学シート３６に記録された物体光ＯＬは、画像投影部３０Ｂの裏面３１ｒから入射される光である。すなわち、物体光ＯＬとしては、回転軸ＲＡに対して直交する面に沿った第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４（第２方向）に拡散する光が記録される。従って、この光学シート３６に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、物体光ＯＬと同じ情報を有する光が再現される。すなわち、この光学シート３６に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、回転軸ＲＡに対して直交する面内の第１方向Ｃ３に進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光が再現される。このとき、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの出射方向Ｃ５と、画像投影部３０Ｂで方向が転換された画像光Ｌの進行方向Ｃ３ａとの間の角度Ａ３は９０°以下に設定されている。
【００６６】
次に、反射型ホログラムである光学シート３６を製造する方法を説明する。図１４に示すように、ホログラムが記録される感光性シート３６ａを準備して、基部３１の表面３１ｐに張り付ける。次に、基部３１の裏面３１ｒにレンチキュラーレンズを有するレンズシート３７を配置する。そして、基部３１の裏面３１ｒ側から物体光ＯＬを照射すると共に、基部３１の表面３１ｐ側から参照光ＲＬを照射する。物体光ＯＬは、基部３１の裏面３１ｒに対して垂直に入射する平行光である。参照光ＲＬは、基部３１の表面３１ｐに対して所定の角度を持って入射する平行光である。なお、所定の角度は、一例として３１ｐの表面から２２度である。これらの物体光ＯＬと参照光ＲＬとが感光性シート３６ａに入射されると、物体光ＯＬと参照光ＲＬとによる干渉縞に対応する回折格子が感光性シート３６ａに記録される。以上の手順により、反射型ホログラムである光学シート３６が製造される。また、立体画像投影装置１Ｂにおいてカラーの立体画像を表示させる場合には、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬをそれぞれ、赤、緑、青のレーザ光で多重露光することにより光学シート３６を製造する。
【００６７】
なお、光学シート３６の製造方法は上記方法に限定されない。例えば、本発明者により発明されたホログラム作成装置（特開平１１−２４９５３６号公報）に記載された装置を用いて光学シート３６を製造してもよい。また、光学シート３６は、露光して制作した後に基部３１に貼り付けても良い。
【００６８】
次に、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂを用いた立体画像の投影方法について説明する。画像投影装置１Ｂは、画像投影部３０Ｂが反射型ホログラムである光学シート３６を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、立体画像投影装置１Ｂを用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。
【００６９】
第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、転換光学系１０Ａが画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ｂに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ｂは反射型ホログラムである光学シート３６を有する。このため、投影された画像光Ｌが、光学シート３６に記録された物体光ＯＬの進行方向と同じ方向Ｃ３ａに転換されると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ｂにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動する。この第１方向Ｃ３ａは、画像投影部３０Ｂ上の位置と該位置への画像光Ｌの入射角度に対応している。このため、画像光Ｌが画像投影部３０Ｂ上をスキャンされながら投影されると、画像投影部３０Ｂ上の位置及び該位置への入射角度に対応して、互いに異なる方向に画像光Ｌが投影される。従って、観察者Ｖの視点に応じた画像を投影させることが可能となるので、立体画像３５を表示させることができる。また、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ｂとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
【００７０】
第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが反射型ホログラムである光学シート３６を有している。この光学シート３６によれば、参照光ＲＬと同じ方向から光が入射された場合に、物体光ＯＬと同様の情報を有する光が再現される。すなわち、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌのみに対応し、この画像光Ｌを第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光に転換する。このため、画像光Ｌの入射方向以外の方向から、画像投影部３０Ｂに光が入射しても、第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、方向Ｃ４に拡散する光に転換されることがない。従って、外乱光の画像投影部３０Ｂへの映り込みによる立体画像３５の視認性の低下を抑制することができる。
【００７１】
また、基部３１を黒色の部材を選定したり、裏面３１ｒあるいは表面３１ｐを黒色にすれば、背景のコントラストが向上するため立体画像３５の視認性をより高めることができる。
【００７２】
第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが拡散板３３を備えていない。従って、拡散板３３の回折により発生する色分散の発生を抑制できるので、立体画像３５の色むらの発生を抑制することができる。
【００７３】
また、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが拡散板３３を備えていないことと、画像光Ｌの入射方向からの光しか方向Ｃ４に拡散する光に転換されることがないため、画像投影部３０Ｂを透明に製作することができる。これにより観察者Ｖは画像投影部３０Ｂの手前または奥側の空間に表示される３次元立体映像を観察すると共に、画像投影部３０Ｂの反対側にある物体や景色も透過して観察することができる。
【００７４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の立体画像投影装置を説明する。第３実施形態の立体画像投影装置は、反射板３２及び拡散板３３に代えて、回折格子が形成された光学シート３８を画像投影部３０Ｃが備える点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。また、第３実施形態の立体画像投影装置は、反射型ホログラムである光学シート３６に代えて、透過型ホログラムである光学シート３８を備える点で、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂと相違する。第３実施形態の立体画像投影装置のその他の構成は、第１及び第２実施形態の立体画像投影装置１Ａ，１Ｂと同様である。以下、光学シート３８を備える画像投影部３０Ｃについて詳細に説明する。
【００７５】
図１５に示すように、画像投影部３０Ｃは、基部３１及び光学シート３８を有している。基部３１には、光学的に透明な部材であるＰＭＭＡやＰＣやガラスを用いることができる。回折格子が形成された光学シート３８は、基部３１の表面３１ｐに貼り付けられている。ここで、光学シート３８には、透過型ホログラムが用いられている。この光学シート３８には、転換光学系１０Ａから出射される画像光Ｌと同じ方向に進行する光を参照光ＲＬとし、物体光ＯＬの情報が記録されている。光学シート３８に記録された物体光ＯＬとしては、基部３１の表面３１ｐ側から入射される光であり、回転軸ＲＡに直交する面に沿った第１方向Ｃ３ｂに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光が記録される（図１６参照）。従って、この光学シート３８に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、物体光ＯＬと同じ情報を有する光が再現される。すなわち、この光学シート３８に参照光ＲＬと同じ方向から画像光Ｌを入射すると、第１方向Ｃ３ｂに進行すると共に、方向Ｃ４に拡散する画像光Ｌが再現される。このとき、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの出射方向Ｃ５と、画像投影部３０Ｃで方向が転換された画像光Ｌの進行方向Ｃ３ｂとの間の角度Ａ４は９０°以上に設定されている。
【００７６】
次に、透過型ホログラムである光学シート３８を製造する方法を説明する。図１６に示すように、透過型ホログラムが記録される感光性シート３８ａを準備して、基部３１の表面３１ｐに貼り付ける。次に、基部３１の表面３１ｐ側に感光性シート３８ａから離間させて、レンチキュラーレンズを有するレンズシート３７を配置する。そして、基部３１の表面３１ｐ側から物体光ＯＬを照射すると共に、基部３１の表面３１ｐ側から参照光ＲＬを照射する。感光性シート３８ａに入射する物体光ＯＬは、レンズシート３７から照射される光であり、基部３１に直交すると共に一方向に拡散する光である。参照光ＲＬは、基部３１の表面３１ｐに対して所定の角度Ａ２を持って入射する平行光である。なお、所定の角度Ａ２は、一例として６８度である。以上の手順により、透過型ホログラムである光学シート３８が製造される。また、立体画像投影装置においてカラーの立体画像を表示させる場合には、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬをそれぞれ、赤、緑、青のレーザ光で多重露光することにより光学シート３８を製造する。或いは、光学シート３８は、単色レーザのみを用いて、赤、緑、青のそれぞれのブラッグマッチング角度を補正するように参照光ＲＬと物体光ＯＬのそれぞれの角度を調整した多重露光により製造してもよい。また、光学シート３８は、露光して制作した後に基部３１に貼り付けても良い。
【００７７】
次に、第３実施形態の立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法について説明する。立体画像投影装置１Ｃは、立体画像投影部３０Ｃが透過型ホログラムである光学シート３８を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、第３実施形態の立体画像投影装置を用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。より詳細には、選択工程Ｓ３（図５及び図７を参照）において、画像投影部３０Ｃを透過する画像光Ｌを生成するときに、基部３１の裏面３１ｒから立体画像３５を観察する観察者Ｖの視線の方向に応じた画像が選択される。
【００７８】
第３実施形態の立体画像投影装置によれば、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様に、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
【００７９】
また、第３実施形態の立体画像投影装置によれば、透過型ホログラムである光学シート３８を有している。従って、第３実施形態の立体画像投影装置は、外乱光の映り込みによる立体画像３５の視認性の低下を抑制することができる。さらに、第３実施形態の立体画像投影装置は、立体画像３５の色むらの発生を抑制することができる。
【００８０】
また、第３実施形態の立体画像投影装置によれば、実在する物体と、再生される立体画像３５とを重ね合わせるように表示することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃを含む立体画像投影システム１００Ｃを説明する。第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃは、転換光学系１０Ｂが第３光学部材１３をさらに含む点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃのその他の構成は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様である。以下、第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂについて詳細に説明する。
【００８２】
図１７に示すように、転換光学系１０Ｂは、第１光学部材１１及び第２光学部材１２に加え、さらに第３光学部材１３を含んでいる。転換光学系１０Ｂでは、画像光出射部３側から、第２光学部材１２、第１光学部材１１及び第３光学部材１３がこの順に配置されている。第３光学部材１３は、第１光学部材１１の出射面１１ｒに固定されている。従って、第３光学部材１３は、第１光学部材１１の回転と同期して回転軸ＲＡを中心に回転する。
【００８３】
図１８に示すように、第３光学部材１３は、平行光である画像光Ｌを一方向だけ収束させるシリンドリカルレンズである。第３光学部材１３は、第３方向Ｃ６に画像光Ｌを収束させる。ここで、第３方向Ｃ６は、回転軸ＲＡに対して直交する仮想面Ｐ１に含まれた方向であり、且つ、第１光学部材１１の出射面１１ｒにおける出射方向Ｃ１に直交する方向である。第３光学部材１３から出射され画像投影部３０Ａに到達した画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において第３方向Ｃ６にのみに収束されている。このため、画像投影部３０Ａに到達した画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４には収束されていない。
【００８４】
なお、第３光学部材１３のシリンドリカルレンズは、フレネルレンズのように曲面のレンズを平行領域に分割して平行直線上に形成された複数のレンズを有する平板型のシリンドリカルレンズを用いるのが好ましい。
【００８５】
次に、第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法について説明する。画像投影装置１Ｃは、転換光学系１０Ｂがシリンドリカルレンズである第３光学部材１３を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。すなわち、画像投影部３０Ａ上では、画像光Ｌが第３方向Ｃ６にのみ収束されている点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。より詳細には、選択工程Ｓ３（図５及び図７を参照）において、画像投影部３０Ａにおいて方向が転換される画像光Ｌを生成するときに、基部３１の表面３１ｐ側から立体画像３５を観察する観察者Ｖの視線の方向に応じた画像が選択される。
【００８６】
第３光学部材１３を含まない第１実施形態の転換光学系１０Ａの作用効果と、第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂの作用効果とを比較しつつ説明する。図１９（ａ）は、第３光学部材１３を含まない第１実施形態の転換光学系１０Ａの作用効果を説明するための図である。図１９（ａ）に示すように、画像投影部３０Ａには画像光Ｌが出射される。従って、画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において端点Ｍ１，Ｍ２及び中点Ｍ３を含む範囲Ｅ１に照射される。画像投影部３０Ａが回転軸ＲＡを囲むように湾曲した形状である場合、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌが端点Ｍ１，Ｍ２に到達するまでの距離と、中点Ｍ３に到達するまでの距離との間では、距離差Ｒ１が生じる。すなわち、画像投影部３０Ａが湾曲しているために、画像光Ｌの中心部付近の光は、画像光Ｌの端部付近の光よりも距離差Ｒ１だけ長く進む必要がある。この距離差Ｒ１が大きい場合には、再生される立体画像３５に歪を生じる場合がある。
【００８７】
図１９（ｂ）は、第３光学部材１３を含む第４実施形態の転換光学系１０Ｂの作用効果を説明するための図である。図１９（ｂ）に示すように、第４実施形態の転換光学系１０Ｂから出射された画像光Ｌは、第３方向Ｃ６に収束されている。従って、画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において端点Ｍ４，Ｍ５及び中点Ｍ６を含む範囲Ｅ２に照射される。この範囲Ｅ２は、第１実施形態の範囲Ｅ１よりも狭い。このため、転換光学系１０Ｂから出射された画像光Ｌが端点Ｍ４，Ｍ５に到達するまでの距離と、中点Ｍ６に到達するまでの距離との距離差Ｒ２を小さくすることができる。従って、再生される立体画像３５の歪を抑制することができる。
【００８８】
この第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂは、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａ、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂ、第３実施形態の立体画像投影装置のいずれにも適用可能である。
【００８９】
また、画像投影部３０Ａの湾曲による立体画像の歪を抑制する構成は、第３光学部材１３を含む構成に限定されることはない。例えば、湾曲した画像投影部３０Ａ上に画像光Ｌが投影されたときに歪が生じることなく画像が投影されるように、予め歪ませた画像光を転換光学系１０Ａから出射してもよい。例えば、歪を示す行列を算出し、該行列の逆行列を画像データに乗算する。この方法により、湾曲した画像投影部３０Ａ上で正しく表示される画像データを得ることができる。
【００９０】
なお、上述した実施形態は、立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ〜１００Ｃの一例を示すものである。立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ〜１００Ｃは、上述した実施形態に限られるものではない。請求項に記載した要旨を変更しない範囲において、立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ〜１００Ｃを変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００９１】
第２光学部材１２には、フレネルレンズを用いているが、これに限定されることはない。第２光学部材１２には、画像光Ｌを平行光に変換可能なフレネルレンズとは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、第２光学部材１２の機能を持つホログラムを製作して用いてもよい。
【００９２】
第１光学部材１１には、リニアプリズム板を用いているが、これに限定されることはない。第１光学部材１１には、画像光Ｌの進行方向を所定の方向に変換可能なリニアプリズム板とは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、第１光学部材１１の機能を持つホログラムを製作して用いてもよい。
【００９３】
拡散板３３には、レンチキュラーレンズを用いているが、これに限定されることはない。拡散板３３には、投影された画像光Ｌを所定の方向に拡散可能なレンチキュラーレンズとは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、プリズムのピッチを微細にしたプリズム板であってもよい。
【００９４】
画像投影部３０Ａは、図２０に示される構成を有する画像投影部３０Ｄであってもよい。画像投影部３０Ｄは、複数のシリンドリカルレンズ３３ａを備えたレンチキュラーレンズ３３が基部３１の裏面３１ｒの上に貼り付けられている。画像投影部３０Ｄでは、レンチキュラーレンズ３３の非レンズ面３３ｒが基部３１の裏面３１ｒと向かい合うように貼り付けられている。そして、レンチキュラーレンズ３３のレンズ面３３ｐの上に反射板３２ｂが設けられている。このような反射板３２ｂは、アルミニウムの蒸着により形成することができる。なお、基部３１とレンチキュラーレンズ３３とは、一体に形成されてもよい。また、レンチキュラーレンズ３３側から画像光Ｌを照射する形態であってもよい。
【００９５】
立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃは、プロジェクタ３ｂを備えた画像光出射部３から出射された画像光Ｌを画像投影部３０Ａ〜３０Ｄに投影している。画像投影部３０Ａ〜３０Ｄに投影される画像光はこれに限定されることはない。画像光は、例えばホログラムが記録された媒体に指向性を有する光であるレーザ光を入射させることにより発生されるものであってもよい。
【００９６】
立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃは、プロジェクタ３ｂを含む画像光出射部３及び画像作成部２が画像投影部（スクリーン）３０の鉛直下方側に配置されている。さらに、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直下方側に配置されている。立体画像投影装置は、この配置に限定されることはない。画像作成部２、画像光出射部３、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直上方側に配置されてもよい。例えば、画像作成部２、画像光出射部３、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が天井に配置され、プロジェクタ３ｂから画像光Ｌが転換光学系１０Ａ，１０Ｂを介して画像投影部３０Ａ〜３０Ｄに投影されてもよい。
【００９７】
また、第１光学部材１１，第２光学部材１２、第３光学部材１３はこれらの機能を持ったホログラムを制作して用いても良いし、それぞれを組み合わせた機能を一つのホログラムに多重露光して制作して用いても良い。
【００９８】
さらに、第１光学部材１１，第２光学部材１２、第３光学部材１３は反射型のホログラムとして制作して光の進行方向を制御してもよい。その場合には、画像光出射部３が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直上方側に配置され、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直下方側に配置される。あるいは、画像光出射部３が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直下方側に配置され、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ〜３０Ｄの鉛直上方側に配置されても良い。
【００９９】
立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃは、立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃの光軸ＡＬが鉛直方向に沿うように転換光学系１０Ａ，１０Ｂが設置されているが、立体画像投影装置は、この設置に限定されることはない。立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃの転換光学系１０Ａ，１０Ｂは、転換光学系１０Ａ，１０Ｂの光軸ＡＬが鉛直方向と交差する方向に配置されてもよい。例えば、光軸ＡＬが水平方向に沿うように転換光学系１０Ａ，１０Ｂが配置されてもよい。この場合、画像投影部３０Ａ〜３０Ｄは水平方向に沿う回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状となるように配置される。
【０１００】
立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃは、自動車のダッシュボード上に立体画像を投影するために用いられてもよい。この場合、ダッシュボードの内部に埋め込まれた画像生成部及び画像投影部から画像光が出射され、ダッシュボード上に設置された画像投影部により立体画像が投影される。このとき、フロントガラスを画像投影部の基部として用いてもよい。この場合には、フロントガラスに反射板及び拡散板が形成される。また、フロントガラスに回折格子を有する光学シートが貼りつけられる。
【０１０１】
立体画像投影装置１Ａ〜１Ｃは、立体画像を展示場、映画館、又は劇場等の舞台やスクリーン上に投影するために用いてもよい。また、これを組み込んで立体映像表示を付加価値とする商品を構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、立体画像が視認できる領域を拡張した立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ〜１００Ｃが提供される。
【符号の説明】
【０１０３】
１Ａ〜１Ｃ…立体画像投影装置、２…画像作成部、３…画像光出射部、３ａ…制御部、３ｂ…プロジェクタ、４…ミラー、１０Ａ，１０Ｂ…転換光学系、１１〜１３…光学部材、１１ａ…回転基準用部材、１２ｐ…入射面、１２ｒ…出射面、２０…回転駆動部、２１…コントロールボード、２２…サーボアンプ、２３…回転駆動機構、２４…エンコーダ、３０Ａ〜３０Ｄ…画像投影部、３１…基部、３２…反射板、３３…拡散板（レンチキュラーレンズ）、３６，３８…光学シート、１００Ａ〜１００Ｃ…立体画像投影システム。
【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５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【国際調査報告】
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