(57)【要約】【課題】三次元画像の非表示状態においても観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においてはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることが可能な投影型三次元画像表示装置を得ることを目的とする。【解決手段】視差情報を含む複数の要素画像を二次元平面に投影する投影手段と、前記投影手段により投影された複数の要素画像が結像された投影画像が結像されるとともに光の透過率を電気的に制御可能なスクリーンと、前記投影画像を結像させて垂直視差および水平視差のある三次元画像を前記結像スクリーンの前面の空間に結像する結像手段と、を備える。【選択図】図１
2006330327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差情報を含む複数の要素画像を二次元平面に投影する投影手段と、
前記投影手段により投影された複数の要素画像が結像された投影画像が結像されるとともに光の透過率を電気的に制御可能なスクリーンと、
前記投影画像を結像させて垂直視差および水平視差のある三次元画像を前記結像スクリーンの前面の空間に結像する結像手段と、
を備えることを特徴とする投影型三次元画像表示装置。
【請求項２】
前記投影手段として、透過型液晶を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項３】
前記投影手段として、反射型液晶を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項４】
前記反射型液晶として、反射型垂直配向液晶投影素子を用いること
を特徴とする請求項３に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項５】
前記投影手段として、デジタルミラーデバイスを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項６】
前記投影手段として、有機ＥＬ発光体アレイを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項７】
前記投影手段として、空間光変調器を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項８】
前記投影手段の光源として、ハロゲンランプを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項９】
前記投影手段の光源として、ＬＥＤを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１０】
前記投影手段の光源として、白色ＬＥＤを用いること
を特徴とする請求項１２に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１１】
前記投影手段の光源として、有機ＥＬ発光素子を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１２】
前記投影手段が、前記視差情報を含む複数の要素画像の投影方向を変更する手段を備えること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１３】
前記スクリーンとして、液晶スクリーンを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１４】
前記スクリーンの光の透過率の制御を、外部環境の明るさにより変更すること
を特徴とする請求項１２に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１５】
前記スクリーンとして、高分子と液晶との複合膜を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１６】
前記視差情報を含む要素画像が投影されていない場合には最大の透過状態となるように前記スクリーンの光の透過率を制御し、前記視差情報を含む要素画像が投影されている場合には前記スクリーンの光の透過率を外部環境の明るさにより変化させて前記視差情報を含む要素画像のコントラストを調整すること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１７】
前記結像手段として、凸レンズアレイを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１８】
前記結像手段として、ピンホールアレイを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項１９】
前記結像手段として、ホログラムレンズアレイを用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置。
【請求項２０】
前記スクリーンと前記結像手段とが一体化されていること
を特徴とする請求項１に記載の投影型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、投影型三次元画像表示装置に関し、特に、映像技術分野、アミューズメント分野、エンターテインメント分野、インターネット分野、情報分野、マルチメディア分野、コミュニケーション分野、広告・宣伝分野、医療分野、芸術分野、教育分野、設計支援分野、シミュレーション分野、バーチャルリアリティなどに用いて好適な、良好な臨場感を有する三次元表示を可能にする投影型三次元画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元画像情報を表示する手段としては、両眼視差を含んだ２枚の絵を右目で右の画像、左目で左の画像を見る裸眼実体視平行法、液晶シャッタ付きのメガネや右目と左目とでそれぞれ異なるレンズを用いて見るステレオスコープ方式、赤と青の色違いの両眼視差絵の画像を赤青メガネを通して見るアナグリフ方式がある。しかしながら、これらの方法で三次元画像を見る場合には、特殊なメガネや訓練が必要であった。
【０００３】
近年、液晶技術の発展により、特殊なメガネを必要としない三次元表示の可能な液晶ディスプレイが次々と発表されている。そのほとんどが、イメージスプリッター方式の眼鏡なし三次元液晶表示素子、いわゆる、パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式の水平視差のみを有する三次元画像表示装置である。パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式の三次元画像表示装置は、右眼位置から右眼画像が、左眼画像から左眼画像が見えるように、空間的に画像光路を分離供給して、立体感を生じさせるものである。
【０００４】
したがって、空間に周期的に右眼位置と左眼位置に画像光路が分離供給されており、その位置がずれると立体が破綻する。原理的に水平方向の視差を含んだ画像を供給する為、右眼位置と左眼位置が水平からずれると立体が破綻してしまうという問題がある。このため、長時間にわたって三次元動画像の立体を保ったまま立体視を行なおうとする場合には、空間の定位置に、右眼位置と左眼位置とを固定する必要がある。
【０００５】
水平方向における右眼位置と左眼位置のズレに対しては、観察者の眼の位置や顔の位置をセンサーによって特定して、その位置のズレに合わせて、画像光路を制御修正する方法が考案されている。しかし、この場合には装置が大掛かりとなり、眼の位置や顔の位置をセンシングするためにマーカーを観察者に付けなければならないという煩わしさが生じる。
【０００６】
近年、これらの問題を解決する方法として、Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｍａｎｎによって１９０８年に提案されたインテグラルフォトグラフィを発展させ、フィルムの変わりに、液晶などの二次元表示パネルとピンホールやハエの目レンズアレイを使った三次元の表示方式が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２７５１３４号公報
【特許文献２】特開２００２−７９９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、インテグラルフォトグラフィで滑らかな三次元を表示するには、１つのピンホールまたはレンズの中に異なる視差画像の点を配置する必要がある。たとえば、水平垂直方向でそれぞれ１０視差の画像を表現するには、１０×１０＝１００画像必要となる。したがって、二次元表示パネルの解像度は三次元表示をする場合、１００分の１の解像度に低下してしまうという問題がある。
【０００８】
このような、解像度の低下を防ぐために視差画像の数を少なくする方法はあるが、視差画像の数が少なくなればなるほど、滑らか視差の移動が無くなり、立体感が低下する。このため、立体感と解像度を保持しつつ良好な三次元画像を得るためには、高解像度の二次元表示パネルを必要とする。
【０００９】
近年、液晶パネル、プラズマディスプレイパネルの開発が進み、大型で高解像度の表示パネルが開発されている。ここで、三次元画像表示するための二次元表示パネルを１０．４インチの縦１５８．４ｍｍ、横２１１．２ｍｍの液晶パネルで実現することを考える。例として分解能１ｍｍ、つまり直径１ｍｍのピンホールまたは凸レンズのアレイを用いて、縦１０視差、横１０視差の三次元画像を実現すると、１０．４インチの液晶パネルの画素は縦１５８４、横２１１画素必要となりこのときの液晶パネルの画素ピッチは２５４ｄｐｉ（ドット／インチ）となる。現状、実用化されている液晶パネルの最高解像度が２００ｄｐｉ程度であることを考えると液晶パネルやプラズマディスプレイパネルでインテグラルフォトグラフィ方式の高画質三次元画像表示を実現することは非常に困難である。
【００１０】
また、近年の液晶パネルやプラズマディスプレイなどの大画面表示装置のもう一つの流れとして、プロジェクター方式の大画面表示装置の開発が進んできている。このプロジェクター投影を背面から行う背面投射型の表示方式を用いたテレビをリアプロジェクションテレビと呼び、大画面表示方式の一つの方法として大いに注目されている。ここで、このリアプロジェクションテレビに使用されている、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や透過型液晶、反射型液晶など、画素型の小型表示素子は、正面輝度や画面の均一性、解像度などが格段に向上している。したがって、投影型の表示装置を三次元画像表示に用いる方が、従来の液晶パネルやプラズマディスプレイを使ったインテグラルフォトグラフィ方式の高画質三次元画像表示に比べて高画質三次元画像の表示が容易になる。従来の投影型の例としては、たとえばマルチプロジェクションタイプの立体映像表示装置がある（たとえば、特許文献２参照）。
【００１１】
しかし、従来の投影型の立体映像表示装置は、投影画像を一度、二次元平面に投影するために、拡散機能を有する不透明のスクリーンを凸レンズまたはピンホールアレイの前に配置していたため、立体画像非表示状態ではその存在自体が目障りになる、圧迫感を与える、などの問題がある。また、立体映像表示装置の置かれている環境の明るさにより投影画像のコントラストが変化するため、空間投影の解像度、画質が劣化し、立体感を与えることが困難であり、あたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることができない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、三次元画像の非表示状態においても観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においてはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることが可能な投影型三次元画像表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型三次元画像表示装置は、視差情報を含む複数の要素画像を二次元平面に投影する投影手段と、投影手段により投影された複数の要素画像が結像された投影画像が結像されるとともに光の透過率を電気的に制御可能なスクリーンと、投影画像を結像させて垂直視差および水平視差のある三次元画像を結像スクリーンの前面の空間に結像する結像手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
以上のような構成とすることで、三次元画像の非表示状態においても観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においてはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることが可能な投影型三次元画像表示装置が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、三次元画像の非表示状態においては観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においてはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を有する三次元画像を結像し、三次元画像表示の空間投影の高解像度、高画質を向上させ、立体感を増すことができる投影型の三次元画像再生装置を実現することができる。これにより、従来の液晶パネルやプラズマディスプレイでは実現できない高解像度、高画質、高立体感という品質を、低コストに簡便な構造で実現することができる、という効果を奏する。
【００１６】
本発明の請求項２にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた透過型液晶を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項３にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた反射型液晶を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項４にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた反射型垂直配向液晶投影素子を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００１９】
本発明の請求項５にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れたデジタルミラーデバイスを用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２０】
本発明の請求項６にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた有機ＥＬ発光体アレイを用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項７にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた空間光変調器を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２２】
本発明の請求項８にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影手段の光源としてハロゲンランプを用いるため、良好な輝度を有する投影光を二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２３】
本発明の請求項９にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影手段の光源としてＬＥＤを用いるため、良好な輝度を有する投影光を二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２４】
本発明の請求項１０にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影手段の光源として白色ＬＥＤを用いるため、良好な輝度を有する投影光を二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２５】
本発明の請求項１１にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影手段の光源として有機ＥＬ発光素子を用いるため、良好な輝度を有する投影光を二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２６】
本発明の請求項１２にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、視差情報を含む複数の要素画像の投影方向を所望の方向に変更することができるため、投影型三次元画像表示装置の設計の自由度を大きくすることができる、という効果を奏する。
【００２７】
本発明の請求項１３にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影画像を確実に結像することができるとともに、スクリーンにおける光の透過率を容易に且つ確実に制御することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２８】
本発明の請求項１４にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、視差情報を含む要素画像のコントラストを最適な状態となるように調整することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００２９】
本発明の請求項１５にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、投影画像を確実に結像することができるとともに、スクリーンにおける光の透過率を容易に且つ確実に制御することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００３０】
本発明の請求項１６にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、三次元画像の非表示状態においては観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においては視差情報を含む要素画像のコントラストを最適な状態となるように調整することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００３１】
本発明の請求項１７にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像を確実に結像スクリーンの前面の空間に結像することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００３２】
本発明の請求項１８にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像を確実に結像スクリーンの前面の空間に結像することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００３３】
本発明の請求項１９にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像を確実に結像スクリーンの前面の空間に結像することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる、という効果を奏する。
【００３４】
本発明の請求項２０にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、小型化、省スペース化および低コスト化が図られた投影型三次元画像表示装置を実現することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の請求項１に記載の投影型三次元画像表示装置は、視差情報を含む複数の要素画像を二次元平面に投影する投影手段と、投影手段により投影された複数の要素画像が結像された投影画像が結像されるとともに光の透過率を電気的に制御可能なスクリーンと、投影画像を結像させて垂直視差および水平視差のある三次元画像を前記結像スクリーンの前面の空間に結像する結像手段と、を備えることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、三次元画像の非表示状態においても観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においてはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を有する三次元画像が結像される、という作用を有する。
【００３７】
本発明の請求項２に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段として、透過型液晶を用いることを特徴とする。
【００３８】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００３９】
本発明の請求項３に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段として、反射型液晶を用いることを特徴とする。
【００４０】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００４１】
本発明の請求項４に記載の投影型三次元画像表示装置は、反射型液晶として、反射型垂直配向液晶投影素子を用いることを特徴とする。
【００４２】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００４３】
本発明の請求項５に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段として、デジタルミラーデバイスを用いることを特徴とする。
【００４４】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００４５】
本発明の請求項６に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段として、有機ＥＬ発光体アレイを用いることを特徴とする。
【００４６】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００４７】
本発明の請求項７に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段として、空間光変調器を用いることを特徴とする。
【００４８】
この構成によれば、正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れた投影手段を用いるため、視差情報を含む複数の要素画像が良好な状態で二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００４９】
本発明の請求項８に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段の光源として、ハロゲンランプを用いることを特徴とする。
【００５０】
この構成によれば、良好な輝度を有する投影光が二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００５１】
本発明の請求項９に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段の光源として、ＬＥＤを用いることを特徴とする。
【００５２】
この構成によれば、良好な輝度を有する投影光が二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００５３】
本発明の請求項１０に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段の光源として、白色ＬＥＤを用いることを特徴とする。
【００５４】
この構成によれば、投影手段の光源としてＬＥＤを用いた場合においても、特に良好な輝度を有する投影光が二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００５５】
本発明の請求項１１に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段の光源として、有機ＥＬ発光素子を用いることを特徴とする。
【００５６】
この構成によれば、良好な輝度を有する投影光が二次元平面に投影される、という作用を有する。
【００５７】
本発明の請求項１２に記載の投影型三次元画像表示装置は、投影手段が、視差情報を含む複数の要素画像の投影方向を変更する手段を備えることを特徴とする。
【００５８】
この構成によれば、視差情報を含む複数の要素画像の投影方向が所望の方向に変更される、という作用を有する。
【００５９】
本発明の請求項１３に記載の投影型三次元画像表示装置は、スクリーンとして、液晶スクリーンを用いることを特徴とする。
【００６０】
この構成によれば、投影画像が確実に結像されるとともに、スクリーンにおける光の透過率が容易に且つ確実に制御される、という作用を有する。
【００６１】
本発明の請求項１４に記載の投影型三次元画像表示装置は、スクリーンの光の透過率の制御を、外部環境の明るさにより変更することを特徴とする。
【００６２】
この構成によれば、視差情報を含む要素画像のコントラストが最適な状態となるように調整される、という作用を有する。
【００６３】
本発明の請求項１５に記載の投影型三次元画像表示装置は、スクリーンとして、高分子と液晶との複合膜を用いることを特徴とする。
【００６４】
この構成によれば、投影画像が確実に結像されるとともに、スクリーンにおける光の透過率が容易に且つ確実に制御される、という作用を有する。
【００６５】
本発明の請求項１６に記載の投影型三次元画像表示装置は、視差情報を含む要素画像が投影されていない場合には最大の透過状態となるように前記スクリーンの光の透過率を制御し、視差情報を含む要素画像が投影されている場合にはスクリーンの光の透過率を外部環境の明るさにより変化させて視差情報を含む要素画像のコントラストを調整することを特徴とする。
【００６６】
この構成によれば、三次元画像の非表示状態においても観察者に対して不快感や圧迫感を与えず、また三次元画像の表示状態においては視差情報を含む要素画像のコントラストが最適な状態となるように調整される、という作用を有する。
【００６７】
本発明の請求項１７に記載の投影型三次元画像表示装置は、結像手段として、凸レンズアレイを用いることを特徴とする。
【００６８】
この構成によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像が確実に結像スクリーンの前面の空間に結像される、という作用を有する。
【００６９】
本発明の請求項１８に記載の投影型三次元画像表示装置は、結像手段として、ピンホールアレイを用いることを特徴とする。
【００７０】
この構成によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像が確実に結像スクリーンの前面の空間に結像される、という作用を有する。
【００７１】
本発明の請求項１９に記載の投影型三次元画像表示装置は、結像手段として、ホログラムレンズアレイを用いることを特徴とする。
【００７２】
この構成によれば、垂直視差および水平視差のある三次元画像が確実に結像スクリーンの前面の空間に結像される、という作用を有する。
【００７３】
本発明の請求項２０に記載の投影型三次元画像表示装置は、スクリーンと前記結像手段とが一体化されていることを特徴とする。
【００７４】
この構成によれば、投影型三次元画像表示装置の小型化、省スペース化および低コスト化が図られる、という作用を有する。
【００７５】
以下、本発明にかかる投影型三次元画像表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述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適宜変更可能である。
【００７６】
（実施の形態１）
以下、本発明にかかる投影型三次元画像表示装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１にかかる投影型三次元画像表示装置の概略構成を説明する図である。図１に示すように本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置は、光源１と、該光源１から照射光の進行方向に配された偏光ビームスプリッタ３と、該偏光ビームスプリッタ３の背面に配置された投影デバイス４と、該偏光ビームスプリッタ３の正面側に配置された投射レンズ５と、該投射レンズ５の正面側に配置された結像スクリーン６と、該結像スクリーン６の正面側の主面上に配置された凸レンズアレイ７と、該結像スクリーン６に接続された光センサ２０と、を備えて構成されている。なお、ここでは、図１において三次元映像８が結像される側を正面側、その反対側を背面（側）と称する。
【００７７】
このような本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、図１で光源１より発せられた光２は、偏光ビームスプリッタ３に入射後、Ｓ波だけが偏光ビームスプリッタ３の界面で反射して、投影画像の形状を制御させるための投影手段としての投影デバイス４に入射する。投影デバイス４としては、たとえばＤ−ＩＬＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｒｉｖｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、日本ビクター株式会社製）が使用できる。
【００７８】
また、投影手段としては、透過型液晶、反射型液晶、デジタルミラーデバイス、有機ＥＬ発光体アレイ、空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などを用いることができる。反射型液晶としては、特に反射型垂直配向液晶投影素子を用いることができる。これらの正面輝度や画面の均一性、解像度などに優れたものを用いることにより、視差情報を含む複数の要素画像を良好な状態で二次元平面に投影することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００７９】
投影デバイス４に入射したＳ波は、投影デバイス４内部で投影画像情報により変調され、画像情報が付加される。この時、変調を受けない光はＳ波のまま反射して、入射時と逆の経路を通って光源１に戻るため、光は出射されず黒の状態となる。一方、変調を受けたＳ波は変調度合いに応じてＰ波成分を含んだ光に変換され、偏光ビームスプリッタ３を通過して投射レンズ５を通して結像スクリーン６に投射され、投影画像が結像される。ここで、本実施の形態においては、結像された投影画像はインテグラルフォトグラフィ方式のレイトレイス画像となっているため、凸レンズアレイ７を通して、投射レンズ５と反対側の空間に三次元映像８を結像することができる。
【００８０】
ここで、インテグラルフォトグラフィ方式について詳細に説明する。図２は、インテグラルフォトグラフィ方式の原理を説明するための図である。インテグラルフォトグラフィは、Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｍａｎｎによって１９０８年に提案された。Ｍ．Ｇ．Ｌｉｐｍａｎｎによるインテグラルフォトグラフィは、ハエの目状の凸レンズアレイ１１を用いて、ハエの目状の凸レンズアレイ１１の焦点位置にフイルムを置き、そのフイルムの表面にハエの目状の凸レンズ毎の画像を記録する。そして、再生時にはフィルムに記録させたハエの目状の凸レンズ毎の画像を、撮影時と同じハエの目状の凸レンズアレイ１１を用いて立体画像を再生するというものであった。
【００８１】
図２に示すように、再生要素画像９を表示するための表示素子１０に、ハエの目状の凸レンズアレイ１１の凸レンズ１２毎に対応させて表示すると、再生要素画像９は凸レンズ１２を介して、元の画像表面の画素位置に対応する点１３に結像する。これにより、実際に結像点１３から光線１４が発生して観察者の瞳１５に入射することにより、立体感のある三次元再生画像１６が再生される。ここで、三次元再生画像１６は、実際に空間に結像点１３があるため、角度を変えてみても、眼の位置を動かしてみても、立体感のある三次元再生画像１６を安定して見ることができる。
【００８２】
なお、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、ハエの目状の凸レンズアレイ１１に代えてピンホールアレイ、ホログラムレンズアレイを用いることができる。これらを用いた場合においても、垂直視差および水平視差のある三次元再生画像を確実に結像スクリーン６の前面の空間に結像することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００８３】
図１に示した本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、光源１としてハロゲンランプを使用している。また、光源１としては、ハロゲンランプ以外の光源としては各色のＬＥＤや有機ＥＬ素子を用いることができる。特に白色ＬＥＤは、ハロゲンランプの代替品として最適である。これらを光源１として用いることにより、良好な輝度を有する投影光を投影することができ、高画質三次元画像表示を実現することができる。
【００８４】
また、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、透過率を電気的に制御可能な結像スクリーン６としては液晶スクリーンを採用している。これにより、投影画像を確実に結像することができるとともに、スクリーンにおける光の透過率を容易に且つ確実に制御することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００８５】
図３に、透過率を電気的に制御可能なスクリーンの構成図を示す。液晶スクリーンは、ＩＴＯなどの透明電極１８ａ、１８ｂを前面にコーティングした２枚の透明な樹脂基板１９ａ、１９ｂにより液晶層１７を挟んで構成されている。また、それぞれの透明電極１８ａ、１８ｂには、透明電極１８ａと透明電極１８ｂとの間に印加する電圧を制御する印加電圧制御部２１が接続されている。そして、印加電圧制御部２１には、投影型三次元画像表示装置の配置された環境の明るさを検出する光センサ２０が接続されている。
【００８６】
このようなスクリーンには、視差情報を含む視点画像の要素画像が投影され、三次元画像を表示するときには、投影型三次元画像表示装置は、自装置に備えられた光センサ２０により装置の配置された環境の明るさを検知する。そして、投影型三次元画像表示装置は、光センサ２０で検知した外部環境の明るさに基づいて、印加電圧制御部２１においてスクリーンの透過率を制御して印加電圧２２を変化させ、最適なコントラストになるように、視差情報を含む視点画像の要素画像のコントラストを制御する。これにより、視差情報を含む要素画像のコントラストを最適な状態となるように調整することができ、高品質の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００８７】
図４（ａ）に示すように、透明電極１８ａ、透明電極１８ｂ間に電圧がかかっていないときには、液晶層１７においてランダムに存在する液晶高分子（ランダム液晶高分子２３）により入射光２４が散乱され、結像スクリーン６を透過しない。一方、透明電極１８ａ、透明電極１８ｂ間に所定の電圧を印加すると、図４（ｂ）に示すように、液晶層１７内において液晶高分子が整列して整列液晶高分子２５となるために透過率が上がり、液晶層１７が透明化される。これにより、入射光２６は、結像スクリーン６を透過する透過光になる。このときの透過率は、透明電極１８ａ、１８ｂにより液晶層１７に印加する電圧のレンジで制御される。たとえば、視差情報を含む視点画像の要素画像が投影されていない時は、結像スクリーン６の透過率を高めて最大の透過状態とすることにより結像スクリーン６を透明状態にして、結像スクリーン６の存在を目立たないようにさせる。
【００８８】
また、透過率を電気的に制御可能な結像スクリーン６としては、高分子と液晶との複合膜を用いることができる。高分子と液晶との複合膜は、液晶を多孔体に含浸させ、電界印加の有無により液晶の屈折率を変化させ、多孔体の屈折率とのマッチングとミスマッチングとを調節することにより、透過と散乱とを制御するものである。この方法は偏光板を用いることなく原理的に従来の液晶がもつ欠点を克服することが可能であり非常に有用である。
【００８９】
電圧を印加した状態で透明なスクリーンが電圧を切ったときにスクリーンとしての役目を果たすため、電圧により透過状態を制御でき、周りの光の状態で変化するコントラストを一定にでき、画質を安定化する役目を果たす。同様の素子は、ポリビニルアルコールを使ってマイクロカプセル化したネマチック液晶により、また種々のラテックス取り込み液晶により、また、エポキシ樹脂中に液晶を分散硬化させる方法においても作製されている。また、光硬化性ビニル化合物を使用してＰＬＣＣを製造する方法も開示されている。この方法は生産性に優れた方法である。
【００９０】
また、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、凸レンズ１２として直径が１．５ｍｍの凸レンズ１２を使用している。そして、結像スクリーン６に投射され、結像された投影画像の解像度は２００ｄｐｉとした。これにより、１つのレンズの再生要素画像９は１０×１０ピクセルの画像で構成され、水平垂直方向の視差数はそれぞれ１０視野の滑らかな三次元立体画像を再生することができる。結像された投影画像の解像度が２００ｄｐｉ以下になると、自然な立体再生画像を得ることが難しくなる。データ処理時間とのトレードオフになるが、できるだけ自然な三次元立体画像を得るためには２００〜７００ｄｐｉ程度の解像度の再生要素画像９を、直径１．５ｍｍ以下のレンズで再生することが有効である。
【００９１】
また、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、結像スクリーン６の正面側の主面上に配置された凸レンズアレイ７とを一体化しているため、小型化、省スペース化および低コスト化が図られた投影型三次元画像表示装置を実現することができる。
【００９２】
以上のような、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置によれば、画像投影をしていないときは通常の何もない空間と認識され、三次元画像を投影したときにはあたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることができ、さらに、三次元画像表示の空間投影の高解像度、高画質を向上させ、立体感を増すことができる投影型の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００９３】
また、環境の明るさによりスクリーンの透過率を変更できる手段を設けたことにより、空間投影の解像度、画質の劣化を防止し、立体感を与えることができ、あたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることができる投影型の三次元画像再生装置を実現することができる。これにより、従来の液晶パネルやプラズマディスプレイでは実現できない高解像度、高画質、高立体感という品質を、簡略な光学系の空間光変調器と透過率を電気的に制御可能な結像スクリーンにより、低コストに簡便な構造で実現した投影型の三次元画像再生装置を実現することができる。
【００９４】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかる投影型三次元画像表示装置の概略構成を説明する図である。図５に示すように本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置は、光源１と、該光源１の前面側に配されたコンデンサレンズ２７と、該コンデンサレンズ２７の前面側に配された投影デバイス４と、該投影デバイス４の前面側に配された投射レンズ５と、該投射レンズ５の前面側に配されたプリズム２８と、該プリズム２８の前面側において該プリズム２８と所定の角度を持って配された結像スクリーン６と、該結像スクリーンの前面側の主面上に配置された凸レンズアレイ７と、該結像スクリーン６に接続された光センサ２０と、を備えて構成されている。なお、ここでは、図５において三次元映像８が結像される側を正面側、その反対側を背面（側）と称する。
【００９５】
このような本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、図５で光源１より発せられた光２は、コンデンサレンズ２７により集光され、投影画像の形状を制御させるための投影手段としての投影デバイス４に入射する。投影デバイス４としては、たとえば透過型の液晶パネルが使用できる。
【００９６】
投影デバイス４に入射した光は、投影デバイス４の内部で投影画像情報により変調され、画像情報が付加される。投影デバイス４において変調された光は、投射レンズ５を通過し、プリズム２８で投影角が変更されて結像スクリーン６に投射され、投影画像が結像される。ここで、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、結像された投影画像は、インテグラルフォトグラフィ方式のレイトレイス画像となっているため、凸レンズアレイ７を通して空間に三次元映像８を結像することができる。また、本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、プリズム２８を通過させることにより、投影面を変更するため、投影型三次元画像表示装置の設計の自由度を大きくすることができる。
【００９７】
図５に示した本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、光源１として白色ＬＥＤを使用している。また、光源１としては、白色ＬＥＤ以外の光源としては各色のＬＥＤや有機ＥＬ、ハロゲンランプを用いることができる。また、図５に示した本実施の形態にかかる投影型三次元画像表示装置においては、透過率を電気的に制御可能な結像スクリーン６として液晶スクリーンを採用している。
【００９８】
本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、結像スクリーン６の透過率を視差情報を含む視点画像の要素画像が投影されていない時は最大の透過状態とし、透明状態にして結像スクリーン６の存在を目立たないようにさせる。視差情報を含む視点画像の要素画像が投影され、三次元立体画像を表示するときには、環境の明るさにより結像スクリーン６の透過率を制御して印加電圧で変化させ、視差情報を含む視点画像の要素画像のコントラストを最適にする。制御の方法は実施の形態１に説明したように、光センサ２０により制御しても良いし、別に手動の可変抵抗で制御することもできる。
【００９９】
本発明の凸レンズ１２は実施の形態１と同様に直径が１．５ｍｍのものを使用した。結像スクリーン６に投射され、結像された投影画像の解像度は２００ｄｐｉとした。これにより１つのレンズの再生要素画像９は１０×１０ピクセルの画像で構成され、水平垂直方向の視差数はそれぞれ１０視野の滑らかな三次元立体画像を再生することができる。結像された投影画像の解像度が２００ｄｐｉ以下になると自然な立体再生画像を得ることが難しくなる。データ処理時間とのトレードオフになるができるだけ自然な三次元立体画像を得るには２００〜７００ｄｐｉの解像度の再生要素画像９を１．５ｍｍ以下のレンズで再生することが有効である。
【０１００】
この結果、実施の形態１と同様に画像投影をしていないときは通常の何もない空間と認識され、三次元画像を投影した時には、あたかも空間に実態が存在しているような臨場感を与えることができ、さらに、三次元画像表示の空間投影の解像度、画質が向上し、立体感を増すことが可能な投影型の三次元画像再生装置を実現することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明にかかる投影型三次元画像表示装置は、観察者に対して不快感や圧迫感を与えずに良好な臨場感を与えることが求められる映像技術分野、アミューズメント分野、エンターテイメント分野、インターネット分野、情報分野、マルチメディア分野、コミュニケーション分野、広告・宣伝分野、医療分野、芸術分野、教育分野、設計支援分野、シミュレーション分野、バーチャルリアリティ分野などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施の形態１にかかる投影型三次元画像表示装置の概略構成を説明する図
【図２】インテグラルフォトグラフィ方式を説明するための図
【図３】透過率を電気的に制御可能なスクリーンの構成図
【図４】（ａ）透過率を電気的に制御可能なスクリーンの動作説明図、（ｂ）透過率を電気的に制御可能なスクリーンの動作説明図
【図５】実施の形態２にかかる投影型三次元画像表示装置の概略構成を説明する図
【符号の説明】
【０１０３】
１    光源
２    光源より発せられた光
３    偏光ビームスプリッタ
４    投影デバイス
５    投射レンズ
６    透過率を電気的に制御可能な結像スクリーン
７    凸レンズアレイ
８    三次元映像
９    再生要素画像
１０    表示素子
１１    ハエの目状の凸レンズアレイ
１２    凸レンズ
１３    結像点
１４    光線
１５    観察者の瞳
１６    三次元再生画像
１７    液晶層
１８ａ、１８ｂ    透明電極
１９ａ、１９ｂ    透明な樹脂基板
２０    光センサ
２１    印加電圧制御部
２２    印加電圧
２３    ランダム液晶分子
２４    入射光
２５    整列液晶高分子
２６    透過光
２７    コンデンサレンズ
２８    プリズム
【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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