(57)【要約】【課題】  通常のプロジェクタを用いて裸眼立体視を可能とする投射型スクリーンを提供する。【解決手段】  投射型スクリーン１０１は、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイ１０２と、反射面アレイ１０２に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート１０３とで構成される。レンチキュラシート１０３を透過し、反射面アレイ１０２に入射した投射光１は、各反射面における入射位置に応じて反射方向が異なる。そのため、投射光１に含まれる複数の画像ごとに特定の方向に反射することによって、各画像を特定の方向から観察できるようにすることが可能となる。そして、各画像を観察できる方向を、観察者の両眼の間隔よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能となる。【選択図】  図１
2006267222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、
前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートと
を備えることを特徴とする投射型スクリーン。
【請求項２】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線が一致し、各焦点が前記準線と平行な同一の直線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項３】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項４】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項５】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項６】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項７】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が各楕円弧の反射面から遠い第１の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第２の焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項８】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が各楕円弧の反射面から遠い第１の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第２の焦点が前記第１の焦点を中心とする同一の円周上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項９】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各楕円弧の反射面に近い焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項１０】
前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各楕円弧の反射面に近い焦点が存在することを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項１１】
前記反射面アレイと前記レンチキュラシートとの間に配置された透過散乱素子と、
前記透過散乱素子の透過性と散乱性を切り替える切り替え手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
【請求項１２】
表示画像を含む投射光を出射する発光装置と、
前記発光装置からの投射光が入射される投射型スクリーンとを備え、
前記投射型スクリーンは、
水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、
前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートと
を備えることを特徴とする画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型スクリーンおよび画像投影システムに係わり、特に裸眼立体視が可能な投射型スクリーンおよび画像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体画像を表示する装置として、例えば、偏光眼鏡やシャッタつき眼鏡などのような特別な機器を用いることなく、裸眼による立体視が可能な立体画像表示装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、視点位置の異なる画像を複数台のプロジェクタを用いて透過型スクリーンの背面から投射し、それらの透過光をスクリーン前面に設けられたレンチキュラレンズを通して観察することで、立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている．
また、特許文献２では、回動可能な反射ミラー群を水平方向に複数並べて配置した投射型スクリーンに、視点位置の異なる画像を時間的に切り替えて投射することによって立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている．
また、非特許文献１では、コーナー反射ミラー形状を有する投射型スクリーンに複数台のプロジェクタから画像を投射し、その反射光をプロジェクタの位置で観察することで立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている．
ここで、立体画像表示装置が一般に広く用いられるためには、立体画像の観測可能域が広いことと、立体画像を表示するために必要となる装置の規模が大型化しないことが重要である。特に、立体画像を表示するために必要となるプロジェクタ数が少ないことは、装置の規模が大型化することを防ぐために重要であり、特別な機能を必要とせず、通常汎用に用いられているプロジェクタを１台用いて立体画像を表示できることが望ましい。
【０００４】
しかし、上述した従来技術では、例えば、特許文献１および非特許文献１に記載された立体画像表示装置では、複数台のプロジェクタが必要となる。特に立体画像の観測可能域を広げて複数の視点位置から立体画像を同時に観察できるようにするためにはプロジェクタ数を増やす必要があり、装置の規模が大型化する。また、特許文献２に記載された立体画像表示装置では、プロジェクタから時間的に切り替えて投射される画像と同期して、スクリーンに設けられた反射ミラー群を回転制御する必要がある。そのため、画像を出射するプロジェクタには、投射画像と反射ミラー群の回転を同期させるための制御手段が必要となるため、この方法を用いる場合には、通常のプロジェクタでは立体画像を表示することができない。
【特許文献１】特許第３３２３５７５号明細書（３頁、図１）
【特許文献２】特開平９−１８９８８４号公報（４頁、図１）
【非特許文献１】Ｈ．Ｋａｎｅｋｏ，  Ｔ．Ｏｈｓｈｉｍａ，  Ｏ．Ｅｂｉｎａ  ａｎｄ  Ａ．Ａｒｉｍｏｔｏ，“Ｄｅｓｋｔｏｐ  Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｃｔ  ＬＥＤ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  ＣＤＲ  Ｓｃｒｅｅｎ，”  ＳＩＤ  ０２  ＤＩＧＥＳＴ，  ｐｐ．１４１８−１４２１，  ２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、通常のプロジェクタを１台用いて裸眼立体視を行うことを可能とする投射型スクリーンおよび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】
上記目的を達成するために、本発明の投射型スクリーンは、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートとを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の画像投影システムは、表示画像を含む投射光を出射する発光装置と、前記発光装置からの投射光が入射される投射型スクリーンとを備え、前記投射型スクリーンは、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通常のプロジェクタを１台用いて裸眼立体視を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１を含む画像投影システムの構成を示す図である。
【００１１】
この第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１は、水平方向の断面が二次曲線形状をなし、鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイ１０２と、反射面アレイ１０２に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート１０３とを備えている。また、図１には、発光装置であるプロジェクタ２０１から投射型スクリーン１０１に投射光１が入射され、その反射光２が観測者によって観察されている様子についてもあわせて表している。なお、図１では、簡単のため、反射面アレイ１０２に含まれる反射面の数を８としているが、実際には、立体画像の表示解像度に応じて数百の反射面が配置される。また、プロジェクタ２０１としては、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｇａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタや、液晶表示デバイスを用いた液晶プロジェクタなどの通常のプロジェクタを用いることができる。さらには、回折格子を用いた光変調素子、例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）を用いたレーザー走査型プロジェクタも適用可能である。
【００１２】
図２および図３は、それぞれ、第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１の水平方向の断面および鉛直方向の断面を表した図である。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、反射面アレイ１０２の各反射面の水平方向の断面は、投射光１の入射方向に対して凹面をなす二次曲線形状である。なお、ここでは二次曲線形状は放物線形状であるものとし、図２（ｂ）に示すように、各反射面の放物線は、それらの準線が一致し、各焦点がその準線と平行な同一の直線上に存在するものとする。
【００１４】
一方、図３に示すように、レンチキュラシート１０３の鉛直方向の断面は、入射光１に対して凸面をなす。そのため、レンチキュラシート１０３は、入射光１を鉛直方向に対して拡散する効果を有する。このとき、反射光２の拡散の度合いは、レンチキュラシート１０３のレンズの形状によって定まる焦点距離などのレンズパラメータによって決定される。なお、レンチキュラシート１０３は、反射面アレイ１０２で反射された反射光２を鉛直方向に拡散させるためのものであるため、投射光１がレンチキュラシート１０３に投射される投射位置は厳密に定まっていなくてもよい。
【００１５】
次に、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１によって立体画像を表示する原理を説明するために、まず、図４を用いて、直視型の立体画像表示装置における裸眼立体視の原理について簡単に説明する。図４は、3種類の画像（Ａ、ＢおよびＣ）を異なる位置で観察できるようにした直視型の立体画像表示装置の水平方向の一断面を示している。図４に示す直視型の立体画像表示装置では、ディスプレイ３０１に、図５に示すような、画像Ａ、ＢおよびＣが鉛直方向に短冊状に分割されて順番に並べられた画像が表示される。ディスプレイ３０１の前方にはスリットが設けられたバリア３０２が配置される。このようにディスプレイ３０１の前方にスリットが設けられたバリア３０２を設けることによって、図４に示すように、各画像を特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。このとき、ディスプレイ３０１に表示する各画像の表示の周期およびバリア３０２におけるスリットの間隔を調整し、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。すなわち、例えば、図４において、画像Ａと画像Ｂとを対応するステレオ画像とすれば、画像Ａと画像Ｂを同時に観察することにより、裸眼立体視が可能となる。
【００１６】
図６は、上述した裸眼立体視の原理を用いた、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１の作用を説明する図である。
【００１７】
まず、プロジェクタ２０１から投射光１が投射型スクリーン１０１に投射される。投射光１には、３種類の画像（Ａ、ＢおよびＣ）が含まれている。各画像は、上述したディスプレイ３０１における表示画像（図５）のように、鉛直方向に短冊状に分割されて、分割された各画像が順番に並べられた画像となっている。
【００１８】
ここで、通常のプロジェクタにより、このような画像を得るためには、図７に示すように、プロジェクタ２０１の画像表示素子２０１ａに各画像を鉛直方向に短冊状に分割して順番に並べた画像を表示し、これをプロジェクタ２０１の投射レンズ２０１ｂを通して拡大投射すればよい。このとき、プロジェクタ２０１から出射され、投射型スクリーン１０１に投射される画像は、プロジェクタ２０１の画像表示素子２０１ａに表示された画像に対して反転した画像となるため、投射時に正常な画像が表示されるように、あらかじめ画像表示素子２０１ａには反転画像を表示しておく必要がある。
【００１９】
プロジェクタ２０１から出射された投射光１は、投射型スクリーン１０１のレンチキュラシート１０３を透過し、反射面アレイ１０２の各反射面に入射する。このとき、反射面アレイ１０２の各反射面は、投射光１の入射方向に対して凹面をなす放物線形状をしているため、投射光１の入射位置により、その反射光の反射方向が異なる。ここで、プロジェクタ２０１が、投射型スクリーン１０１に対して十分遠くに存在する場合には、投射光１は、投射型スクリーン１０１に対して、ほぼ平行光として入射すると考えることができる。そのため、図８に示すように、反射面アレイ１０２における隣り合う反射面の間隔の周期（ピッチ）と、プロジェクタ２０１から投射される投射光１に含まれる各画像が入射する反射面の位置の周期とを揃えることにより、反射面アレイ１０２において、投射光１に含まれる各画像の反射方向を揃えることができ、各画像をそれぞれ特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。そして、上述した図４に示す立体画像表示装置と同様に、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
【００２０】
図９は、図４に示す立体画像表示装置と本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１との関係を対比して表した図である。すなわち、図９（ａ）に示す立体画像表示装置では、ディスプレイ３０１を、スリットを有するバリア３０２によって覆うことにより、ディスプレイ３０１に表示される各画像（Ａ、ＢおよびＣ）を特定の方向から観察することを可能にしている。一方、投射型スクリーン１０１では、図９（ｂ）に示すように、各反射面の形状が放物線形状であるため、入射した投射光１は、その反射面に対する入射位置によって異なる方向に反射する。そのため、各反射面のピッチと投射光１に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像（Ａ、ＢおよびＣ）を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。
【００２１】
以上が本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１の作用である。
【００２２】
次に、投射型スクリーン１０１の反射面アレイ１０２における各反射面について、反射面の焦点距離ｇと反射面間の間隔の周期（ピッチ）Ｄの関係について説明する。
【００２３】
図１０に示すように、ある反射面上の点Ｐの座標を、その反射面の焦点を中心とする極座標（ρ，φ）で表す。ここで、ρは、焦点から反射面上の点Ｐまでの距離を表し、φは、焦点を通り準線に直交する直線と、焦点と反射面上の点Ｐを通る直線とがなす角度を表す。このとき、反射面の焦点距離ｇと反射面上の点Ｐとの関係は、（１）式により表すことができる。
【数１】
2006267222.tif 000003
【００２４】
ここで、反射光の最大の出射角度（すなわち、各反射面の端点におけるφ）をφＭＡＸ、そのときのρをρＭＡＸとすると、反射面アレイ１０２の反射面間のピッチＤは、（２）式によって与えられる。
【数２】
2006267222.tif 000004
【００２５】
反射光の最大の出射角度φＭＡＸは、立体画像の観測可能域を規定するパラメータであり、あらかじめ観測可能域をφＭＡＸとして設定すれば、反射面の焦点距離ｇから、反射面アレイ１０２における各反射面のピッチＤを（２）式によって算出することが可能になる。そして、このように定められたピッチＤにしたがって反射面を複数並べることにより、投射型スクリーン１０１の反射面アレイ１０２を得ることができる。
【００２６】
このように、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、プロジェクタからの投射光に含まれる複数の画像を、各反射面の水平方向の断面が放物線形状なす反射面アレイによって異なる方向へ反射させることが可能になる。このとき、反射面アレイにおける隣り合う反射面のピッチと、プロジェクタから投射される投射光に含まれる分割された各画像の周期とを揃えることにより、投射光に含まれる各画像を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。そして、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることで、観察者は立体画像を観察することが可能になる。また、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンを含む画像投影システムでは、投射光を得るためのプロジェクタは通常のプロジェクタ１台でよく、システムの規模も小さくて済む。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、反射面アレイ１０２の各反射面の水平方向の断面は、投射光１の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線は、それらの準線が一致し、各焦点がその準線と平行な同一の直線上に存在するものとした。ここで、プロジェクタ２０１が投射型スクリーン１０１に対して十分遠方に存在すれば、プロジェクタから投射型スクリーン１０１に入射する投射光１は、ほぼ平行光とみなすことができる。そのため、反射面アレイ１０２における隣り合う反射面のピッチと、プロジェクタ２０１から投射される投射光１に含まれる分割された各画像の周期とを揃えれば、図１１に示すように、各反射面において反射される画像光を平行光とすることができた。
【００２８】
しかし、プロジェクタ２０１と投射型スクリーン１０１との間の距離が短く、プロジェクタ２０１からの投射光１が、投射型スクリーン１０１に対して平行光とみなすことができない場合には、図１２に示すように、投射型スクリーン１０１の端に向かうほど反射光がスクリーンに対して外側へ向かう方向に反射されることになる。
【００２９】
このような場合には、図１３に示すように、反射面アレイ１０２の反射面の形状を、投射光１の入射方向に対して凹面をなす放物線形状として、各放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在するように構成すればよい。このようにすることで、スクリーンの端へ投射される投射光が、スクリーンに対して外側へ向かうように反射されることを防ぐことが可能になる。さらに、プロジェクタの投射レンズの射出瞳の位置を各放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、各反射面で反射される反射光はプロジェクタ方向へ向かうため、プロジェクタ付近における観察者に効率よく立体画像を認識させることができるようになる。なお、この場合、投射光１として投射される画像としては、図５に示すように各画像を等間隔に分割して並べた画像ではなく、各反射面における反射光の角度に対応して、画像の端に向かうほど、分割の間隔を広くした画像とすることが望ましい。
【００３０】
また、図１３に示す反射アレイ面１０２に代えて、図１４に示すように、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。この場合、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になる。そのため、反射面アレイ１０２の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
【００３１】
また、図１３に示す反射面アレイ１０２に代えて、図１５に示すように、各反射面の水平方向の断面が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状をとなる反射面アレイを用いることも可能である。この場合、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在するように各反射面の形状を定めればよい。このように反射面アレイの各反射面を投射光の入射方向に対して凸面としても、投射光の各反射面における投射位置を調整することにより、投射光に含まれる各画像を特定の方向から観察できるようにすることができる。
【００３２】
各反射面の水平方向の断面を投射光の入射方向に対して凸面とする場合における反射面アレイ１０２と、スリットを有するバリアの後方から出射される光を、バリアの前方に配置された画素を通して観察することにより裸眼立体視を可能とする直視型の立体画像表示装置との関係を、図１７に対比して示す。図１７(ａ)に示す直視型の立体画像表示装置では、画素４０１の後方（観察者と反対の側）から、スリットを有するバリア４０２を通してバックライトなどにより光を出射する。バリア４０２のスリットを透過した光は、画素４０１により変調を受け、画像（Ａ、ＢおよびＣ）ごとに特定の方向へ指向性を持つ表示画像となる。そのため、画素４０１の前方に位置した観察者は、各画像（Ａ、ＢおよびＣ）を特定の方向から観察することが可能になる。
【００３３】
一方、投射型スクリーン１０１の反射面アレイ１０２では、図１７（ｂ）に示すように、平行光として反射面アレイ１０２に入射した光は、その入射位置によって異なる方向に反射する。そのため、反射面の断面が投射光の入射方向に対して凹面をなす場合と同様に、各反射面のピッチと投射光に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像（Ａ、ＢおよびＣ）を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。
【００３４】
さらに、各反射面の形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状の場合にも、図１６に示すように、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。この場合にも、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になるため、反射面アレイ１０２の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面が放物線形状である場合の実施の形態について説明した。
【００３６】
第２の実施形態では、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面が楕円弧形状である場合の実施の形態について説明する。
【００３７】
図１８は、本発明の第２の実施形態に係わる投射型スクリーン５０１の水平方向の断面（図１８（ａ））および鉛直方法の断面（図１８（ｂ））を示す図である。図１８（ａ）に示すように、反射面アレイ５０２の各反射面の水平方向の断面は、投射光１の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状となっている。また、レンチキュラシート５０３は、第1の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１と同様の構成である。したがって、以下では、第1の実施形態と共通するレンチキュラシート５０３については、説明を省略する。
【００３８】
図１９は、本発明の第2の実施形態に係わる投射型スクリーン５０１の反射面アレイ５０２の各反射面の関係を示した図である。図１９に示すように、各反射面は、投射光１の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の形状は、各楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が、各楕円弧の反射面から遠い第1の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第２の焦点が、同一の直線上に存在するように構成されている。
【００３９】
このように、反射面アレイ５０２の各反射面を楕円弧形状とすることによっても、各反射面における投射光１の入射位置によって、投射光１に含まれる複数の画像を異なる方向へ反射させることが可能になる。そのため、上述した第１の実施形態と同様に、反射面アレイ５０２の反射面間の間隔の周期（ピッチ）と、投射光１に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像をそれぞれ特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。そして、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
【００４０】
次に、投射型スクリーン５０１の反射面アレイ５０２における各反射面について、反射面と第１の焦点との間の焦点距離（投射距離）Ｌ、反射面と第２の焦点との焦点距離ｇおよび反射面間の間隔の周期（ピッチ）Ｄの関係について説明する。なお、以下では、投射距離Ｌが十分大きく、各反射面について投射距離Ｌおよび焦点距離ｇが等しいとみなせるものとして説明する。
【００４１】
図２０に示すように、ある反射面上の点Ｐの座標を、その反射面の第２の焦点を中心とする極座標（ρ，φ）で表す。ここで、ρは、第２の焦点から反射面上の点Ｐまでの距離を表し、φは焦点を通り準線に直交する直線と、第２の焦点と反射面上の点Ｐを通る直線とがなす角度を表す。このとき、反射面の焦点距離ｇ、投射距離Ｌおよび反射面上の点Ｐと第２の焦点との間の距離ρとの関係は、（３）式により表すことができる。
【数３】
2006267222.tif 000005
【００４２】
ここで、ｃは、楕円の中心から各焦点までの距離を表す。また、ｐおよびｅは、それぞれ楕円の焦点パラメータ（焦点を通り短軸に平行な弦の１／２）および離心率を表し、楕円の長半径および短半径を、それぞれａおよびｂとすると、（４）式によって求めることができる。
【数４】
2006267222.tif 000006
【００４３】
ここで、反射光の最大の出射角度（すなわち、各反射面の端点におけるφ）をφＭＡＸ、そのときのρをρＭＡＸとすると、反射面アレイ５０２の反射面間のピッチＤは、（５）式によって与えられる。
【数５】
2006267222.tif 000007
【００４４】
反射光の最大の出射角度φＭＡＸは、立体画像の観測可能域を規定するパラメータであり、あらかじめ観測可能域をφＭＡＸとして設定すれば、反射面の焦点距離ｇおよび投射距離Ｌから、反射面アレイ５０２における各反射面のピッチＤを（５）式によって算出することが可能になる。
【００４５】
このように、各反射面の形状を定め、図１９に示す第１の焦点の位置にプロジェクタの射出瞳が位置するようにプロジェクタを配置することにより、各反射面で反射される反射光はプロジェクタ方向へ向かうため、プロジェクタ付近における観測者に効率よく立体画像を認識させることができるようになる。
【００４６】
このように、本発明の第２の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面の形状を楕円弧形状とすることによっても、立体画像を観察できるようにすることが可能となる。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、反射面アレイ５０２の各反射面の楕円弧は、反射面に近い第２の焦点が直線上に存在するものとしていたが、図２１に示すように、第２の焦点を各楕円弧の反射面から遠い第１の焦点を中心とする同一の円周上に存在するようにすることも可能である。このようにすることで、反射面アレイ５０２において、スクリーンの中央部と端部とで反射面の形状を同じにすることができ、各反射面について投射距離を一致させることが可能になる。そのため、図２１に示す第１の焦点にプロジェクタの射出瞳を配置すれば、反射面アレイ５０２の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
【００４８】
また、図１９に示す反射面アレイ５０２に代えて、図２２に示すように、各反射面の水平方向の断面が、投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状となる反射面アレイを用いることも可能である。この場合、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各楕円弧の反射面に近い焦点が同一の直線上に存在するように各反射面の形状を定めればよい。このように反射面アレイの各反射面を投射光の入射方向に対して凸面としても、投射光の各反射面における投射位置を調整することにより、投射光に含まれる各画像を特定の方向から観察できるようにすることができる。
【００４９】
さらに、各反射面の形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状の場合にも、図２３に示すように、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各楕円弧の反射面に近い焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。このようにすることで、反射面アレイ５０２において、スクリーンの中央部と端部とで反射面の形状を同じにすることができ、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になる。そのため、反射面アレイ５０２の各反射面において射出瞳と反射面間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
【００５０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、反射面アレイとレンチキュラシート間に透過散乱素子を配置し、透過散乱素子の散乱性を切り替えることにより、立体画像の表示と通常の画像の表示を切り替えることができるようにした投射型スクリーンについて説明する。
【００５１】
図２４は、本発明の第３の実施形態に係わる投射型スクリーン６０１の水平方向の断面（図２４（ａ））および鉛直方法の断面（図２４（ｂ））を示す図である。図２４に示すように、投射型スクリーン６０１は、水平方向の断面が放物線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向の複数並べて配置された反射面アレイ６０２と、反射面アレイ６０２に対して投射光の入射側に配置された透過散乱素子６０３と、透過散乱素子６０３に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート６０４と、透過散乱素子６０３に電圧を印加して、透過散乱素子６０３の透過性と散乱性を切り替える切り替え部６０５とを備えている。
【００５２】
すなわち、上述した第１の実施形態とは、反射面アレイ６０２とレンチキュラシート６０４との間に、切り替え部６０５によって透過性および散乱性を切り替えることができる透過散乱素子６０３を設けている点が異なる。したがって、以下では、第１の実施形態と共通する作用を有する反射面アレイ６０２およびレンチキュラシート６０４については説明を省略する。
【００５３】
透過散乱素子６０３は、切り替え部６０５によって電圧を印加することにより、入射した光の透過性と散乱性を切り替えることが可能である。すなわち、プロジェクタから投射される投射光１によって、立体画像を表示する場合には、切り替え部６０５によって透過散乱素子６０３に電圧を印加して、光を透過状態とする。この場合、透過散乱素子６０３に入射した光は、透過散乱素子６０３により散乱させられることなく、反射面アレイ６０２に入射する。そのため、第１の実施形態と同様に、反射面アレイ６０２によって、投射光１に含まれる各画像は、それぞれ特定の方向へ反射され、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
【００５４】
一方、通常の画像を表示するためには、切り替え部６０５によって、透過散乱素子６０３に電圧が印加されない状態とする。この場合、透過散乱素子６０３は散乱性を有し、投射光１が透過散乱素子６０３を透過すると、図２５に示すように、投射光１は任意の方向に散乱する。そのため、反射面アレイ６０２の鏡面反射特性を隠蔽し、投射型スクリーン６０１による投射光１の反射を拡散反射性とすることが可能になる。
【００５５】
したがって、切り替え部６０５によって透過散乱素子６０３の透過性および散乱性を切り替えることにより、例えば、プロジェクタから通常の２次元画像が投射される場合には、透過散乱素子６０３を散乱状態として、投射型スクリーン６０１を通常の投射型スクリーンとして機能させ、立体画像を表示させる場合には、切り替え部６０５によって透過散乱素子６０３を透過状態として、観察者に立体画像を観察できるように投射型スクリーン６０１を機能させることが可能となる。
【００５６】
なお、光の透過状態と散乱状態を切り替えることが可能な透過散乱素子６０３としては、例えば、高分子分散型液晶素子（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ（ＰＤＬＣ）素子）やポリマーネットワーク型液晶素子（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ（ＰＮＬＣ）素子）などのような、液晶分子中にモノマーを混合してセル内に封入し、ＵＶ照射などによってポリマー化することによって得られる液晶素子を用いることができる。
【００５７】
また、切り替え部６０５によって、透過散乱素子６０３の一部に電圧を印加できるようにすることで、透過散乱素子６０３の一部を透過状態、別の一部を散乱状態とすることも可能である。このように、透過散乱素子６０３の一部を透過状態、別の一部を散乱状態に切り替えることができるようにすることで、投射型スクリーン６０１上で、通常の２次元画像と立体画像とが混在した画像を観察できるようにすることも可能である。なお、透過散乱素子６０３の一部に電圧を印加するためには、例えば、透明電極を分割して透過散乱素子６０３に接続し、セグメント駆動を行えばよい。
【００５８】
このように、本発明の第３の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、反射面アレイとレンチキュラシートの間に、散乱性と透過性を切り替えることが可能な透過散乱素子を設けることにより、プロジェクタからの投射画像に応じて、立体画像と通常の２次元画像とを切り替えて観察することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンを含む画像投影システムを示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの水平方向の断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの鉛直方向の断面図。
【図４】直視型の立体画像表示装置の作用を示す図。
【図５】直視型の立体画像表示装置に表示させる表示画像の一例を示す図。
【図６】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの作用を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンに投射する投射光と反射面アレイとの関係を示す図。
【図８】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの反射面アレイのピッチと投射光の関係を示す図。
【図９】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンと直視型の立体画像表示装置との関係を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンのピッチと焦点距離の関係を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンに平行光が入射したときの反射光の示す図。
【図１２】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンに拡散光が入射したときの反射光を示す図。
【図１３】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図１４】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図１５】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図１６】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図１７】本発明の第１の実施形態の投射型スクリーンの変形例と直視型の立体画像表示装置との関係を示す図。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係わる投射型スクリーンを示す図。
【図１９】本発明の第２の実施形態の投射型スクリーンの各反射面の関係を示す図。
【図２０】本発明の第２の実施形態の投射型スクリーンのピッチ、投射距離および焦点距離の関係を示す図。
【図２１】本発明の第２の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図２２】本発明の第２の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図２３】本発明の第２の実施形態の投射型スクリーンの変形例を示す図。
【図２４】本発明の第３の実施形態に係わる投射型スクリーンを示す図。
【図２５】本発明の第３の実施形態の透過散乱素子の散乱状態における作用を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１０１、５０１、６０１・・・投射型スクリーン
１０２、５０２、６０２・・・反射面アレイ
１０３、５０３、６０４・・・レンチキュラシート
２０１・・・プロジェクタ
６０３・・・透過散乱素子
６０５・・・切り替え部
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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