(57)【要約】【課題】入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制する。【解決手段】ボケ補償システム１は、所定の位置からの像Ｆの光が入射するとともに、特定波長の光の入射角と反射角とが互いに異なるように特定波長の光を反射させるミラー１０と、ミラー１０によって反射される像Ｆの光が入射する位置に配置され、特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように特定波長の光を反射させるミラー２０と、ミラー１０とミラー２０との間の像Ｆの光の光軸上に配置されるとともに、ミラー１０によって反射される像Ｆの光のうち特定波長以外の波長の光が、ミラー２０での特定波長の光の出射位置から特定波長の光と同じ方向に出射されるように、ミラー１０によって反射される像Ｆの光の方向を変更させるレンズ３０と、を備える。【選択図】図１
2018128603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置からの像の光が入射するとともに、特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように前記特定波長の光を反射または透過させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子によって反射または透過される前記像の光が入射する位置に配置され、前記特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように前記特定波長の光を反射または透過させる第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の前記像の光の光軸上に配置されるとともに、前記第１の光学素子によって反射または透過される前記像の光のうち前記特定波長以外の波長の光が、前記第２の光学素子での前記特定波長の光の出射位置から、前記特定波長の光と同じ方向に出射されるように、前記第１の光学素子によって反射または透過される前記像の光の方向を変更させる第３の光学素子と、
を備える、
ボケ補償システム。
【請求項２】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子における前記特定波長の光の入射角および出射角の関係と、前記第２の光学素子における前記特定波長の光の入射角および出射角の関係とが実質的に等しくなるという光学特性を有し、
前記第３の光学素子は、前記第１の光学素子によって反射または透過される前記像の光のうち前記特定波長の光の前記第２の光学素子での入射位置における前記特定波長の光の入射角および前記特定波長以外の波長の光の入射角の差が、前記特定波長の光の前記第１の光学素子での出射位置における前記特定波長の光の出射角および前記特定波長以外の波長の光の出射角の差と一致するように、前記第１の光学素子によって反射または透過される前記像の光の方向を変更させる、
請求項１に記載のボケ補償システム。
【請求項３】
前記第１の光学素子には、前記所定の位置に設けられたディスプレイによって表示される像の光が入射し、前記第３の光学素子は、集光レンズである、
請求項１または２に記載のボケ補償システム。
【請求項４】
前記第１の光学素子には、前記所定の位置に設けられたプロジェクタによって出力される像の光が入射し、
前記第３の光学素子は、拡散スクリーンである、
請求項１または２に記載のボケ補償システム。
【請求項５】
前記第１の光学素子は、特定波長の光の入射角と反射角とが互いに異なるように前記特定波長の光を反射させるミラーであり、
前記第２の光学素子は、前記ミラーと実質的に同一の光学特性を有するミラーである、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のボケ補償システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボケ補償システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ハーフミラーを用いた映像提示システムを開示する。このシステムでは、ユーザの前方に、床面スクリーンおよびハーフミラーが配置される。床面スクリーンは、床の上に水平に配置される。ハーフミラーは、床面スクリーン上方のユーザの正面に配置される。ハーフミラーの背面側は、ユーザがいる場所に比べて照明が暗く設定され得る。ハーフミラーは、ユーザに近づくにつれて床面スクリーンからの距離が大きくなるように、床面スクリーンに対して４５度傾くように配置される。
【０００３】
上記の構成において、プロジェクタから像の光を床面スクリーンに投影すると、床面スクリーンに投影された像がハーフミラーに入射し、入射角度と同じ大きさの反射角度で反射して、ユーザに提示される。上述のようにハーフミラーが４５度傾斜しているので、ユーザからすると、ハーフミラーを挟んでユーザとは反対側に位置する前方空間に像が浮かび上がるように見える。このようにして、その像がユーザの前方に存在しているような映像を、ユーザに提示することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】村瀬香緒里、小木哲朗、齋藤康太、小山尚英「大画面ハーフミラーによる没入型拡張現実環境の構築とオクルージョン表現」、［online］、日本バーチャルリアリティ学会論文誌、Vol.13、No.2、pp.141-150、2008.6、［平成２９年１月２３日検索］、インターネット〈URL: http://lab.sdm.keio.ac.jp/ogi/papers/TVRSJ2008-murase.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１のシステムに用いられるハーフミラーは、入射角と反射角が同じ正反射特性を有するため、配置角度が限定される。ハーフミラーの配置角度が限定されると、たとえばシステム設計の自由度が損なわれる。このような問題は、入射角と反射角の異なる反射型の光学素子、または、入射角と出射角が異なる透過型の光学素子を用いることによって解決されると考えられる。なお、本明細書における「出射」および「出射角」は、反射型の光学素子における「反射」および「反射角」を含む意味として用いられる。
【０００６】
入射角と出射角の異なる光学素子としては、たとえば、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）、ホログラム光学素子（ＨＯＥ：HolographicOptical Element）がある。これらの光学素子は、回折に起因する光路変更によって、入射角と反射角とを異ならせることが可能である。ＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子を、特定波長の光が入射した場合の入射角と出射角とが異なるように設計すると、特定波長の周辺波長の光も特定波長の光の出射角からずれた出射角で出射される。このような光学素子を上記ハーフミラーの代わり用いると、回折に起因する光路変更によって、ユーザに提示される像にボケが生じる。
【０００７】
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することが可能なボケ補償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】
【０００８】
本発明の一態様に係るボケ補償システムは、所定の位置からの像の光が入射するとともに、特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように特定波長の光を反射または透過させる第１の光学素子と、第１の光学素子によって反射または透過される像の光が入射する位置に配置され、特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように特定波長の光を反射または透過させる第２の光学素子と、第１の光学素子と第２の光学素子との間の像の光の光軸上に配置されるとともに、第１の光学素子によって反射または透過される像の光のうち特定波長以外の波長の光が、第２の光学素子での特定波長の光の出射位置から特定波長の光と同じ方向に出射されるように、第１の光学素子によって反射または透過される像の光の方向を変更させる第３の光学素子と、を備える。
【０００９】
上記のボケ補償システムでは、第１の光学素子は、特定波長の光を入射角と出射角とが互いに異なるように反射または透過させる。このように設計された第１の光学素子は、特定波長の周辺波長の光も特定波長の光の出射角からずれた出射角で出射させる。したがって、第１の光学素子において反射された像の光または第１の光学素子を透過した像の光によって構成される像に、ボケが生じる。ここで、上記のボケ補償システムでは、第３の光学素子が、第１の光学素子によって反射または透過される像の光のうち特定波長以外の光が、第２の光学素子での特定波長の光の出射位置から、特定波長の光と同じ方向に出射されるように、第１の光学素子によって反射または透過される像の光の方向を変更させる。すなわち、第１の光学素子によって生じたボケが、第２の光学素子および第３の光学素子によって補償される。同様の原理により、第２の光学素子によって生じるであろうボケは、第１の光学素子および第３の光学素子によって補償される。したがって、入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ボケ補償システムの概略構成を示す図である。
【図２】ボケを定量的に説明するための図である。
【図３】ボケ補償システムの概略構成を示す図である。
【図４】ボケ補償システムの各要素の寸法等の設計例を説明するための図である。
【図５】ボケ補償による効果の例を示す図である。
【図６】ボケ補償システムを応用した映像提示システムの概略構成を示す図である。
【図７】映像提示システムの機能ブロックの例を示す図である。
【図８】変形例に係る映像提示システムの概略構成を示す図である。
【図９】変形例に係るボケ補償システムの概略構成を示す図である。
【図１０】変形例に係るボケ補償システムの概略構成を示す図である。
【図１１】変形例に係るボケ補償システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、実施形態に係るボケ補償システムの基本的な構成について説明し、その後、図面を参照して具体的な構成の例を説明する。実施形態に係るボケ補償システムは、第１〜第３の光学素子を含む。第１および第２の光学素子は、特定波長の光の入射角と出射角とが互いに異なるように、特定波長の光を反射または透過させる、反射型の光学素子または透過型の光学素子である。
【００１３】
具体的に、第１の光学素子および第２の光学素子は、ＤＯＥ、ＨＯＥ等と呼ばれる光学素子であり、特定波長の光の入射角と出射角とが異なるように設計されている。たとえば光学素子がＨＯＥの場合では、反射型ＨＯＥ、透過型ＨＯＥのいずれもが、特定波長以外の波長の光を透過、吸収等させるように設計される。このような効果（レンズ・ミラー効果等）は、光学素子がＤＯＥの場合、格子定数等の選択によって、入射角と出射角とが異なる光学素子が得られる。光学素子がＨＯＥの場合、露光条件および露光波長等の選択によって、入射角と出射角とが異なる光学素子が得られる。ただし、光学素子の波長選択性は、一定の幅を有する。波長選択性の幅は、たとえばＨＯＥの場合、特定波長（中心波長）±１０ｎｍ程度である。このような特定波長の近傍の波長（周辺波長）光は、上述のレンズ・ミラー効果等の影響を受ける。具体的に、光学素子は、特定波長の周辺の波長（周辺波長）の光を、特定波長の光の出射角からずれた角度で出射させる。周辺波長の光に対するレンズ・ミラー効果等の影響が、特定波長の光の回折角度の近傍角度への回折効果として現れる。ＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子の波長分散に伴う回折ボケが表れるとも言える。
【００１４】
第１の光学素子および第２の光学素子は、実質的に同じ光学特性を有してよい。実質的に同じ光学特性とは、第１の光学素子における特定波長の光の入射角および出射角の関係と、第２の光学素子における特定波長の光の入射角および出射角の関係とが実質的に等しい関係をいう。入射角および出射角の関係は、たとえば入射角および出射角の比率を用いて表されてよい。第３の光学素子は、第１の光学素子と第２の光学素子との間に配置され、第１の光学素子から第２の光学素子に向かって進む光の光路および／または第２の光学素子から第１の光学素子に向かって進む光の光路を変更させる光学素子である。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、実施形態に係るボケ補償システムの構成例を示す図である。ボケ補償システム１は、たとえば上述のＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子を介してユーザに像を提示する際に、像に生じるボケを補償するために用いられる。像をユーザに直接提示するのではなく、光学素子を介してユーザに提示するのは、たとえば非特許文献１のように像がユーザの前方に存在しているような映像をユーザＵに提示するためである。
【００１７】
ボケ補償システム１は、ミラー１０と、ミラー２０と、レンズ３０とを含む。すなわち、図１においては、ボケ補償システム１に含まれる第１〜第３の光学素子として、ミラー１０、ミラー２０およびレンズ３０が例示される。この例では、ミラー２０によって反射された像がユーザＵに提示されるようになっており、ミラー２０は、ユーザＵに対向するよう鉛直に配置される。ボケ補償システム１は、ユーザＵに提示される像の光を出力する要素として、所定の位置に設けられたディスプレイ４０をさらに含んでもよい。この例では、ディスプレイ４０は、ミラー２０の下方に鉛直に配置され、像を表示する。
【００１８】
ミラー１０は、特定波長の光の入射角と反射角が異なるように設計されている。そのため、ミラー１０は、特定波長の光を入射角と反射角とが互いに異なるように反射させる。特定波長は、ディスプレイ４０によって表示される像を構成する光の波長を含むように設定される。特定波長の光は、一つの波長の光（単色光）であってもよいし複数の波長の光（複色光）であってもよい。第１の光学素子であるミラー１０は、上述のようなＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子であるので、周辺波長の光を、特定波長の光の反射角からずれた反射角で反射させる。特定波長の光の反射角に対する周辺波長の光の反射角のずれは、波長が特定波長から離れるにつれて大きくなる。
【００１９】
たとえば、ミラー１０によって反射された光のうち−１次反射光では、入射光路と反射光路とのなす角度（光路変更角度）は、正反射した場合の光（０次反射光）の光路変更角度よりも小さい。波長が特定波長よりも短くなるにつれて、当該波長の光の光路変更角度は大きくなる。波長が特定波長よりも長くなるにつれて、当該波長の光の光路変更角度は小さくなる。ミラー１０によって反射された光のうち＋１次反射光では、光路変更角度は、０次反射光の光路変更角度よりも大きい。波長が特定波長よりも短くなるにつれて、当該波長の光の光路変更角度は小さくなる。波長が特定波長よりも長くなるにつれて、当該波長の光の光路変更角度は大きくなる。図１に示される例では、ミラー１０およびミラー２０によって反射される光として、−１次反射光が用いられることを想定している。
【００２０】
ボケ補償システム１において、ミラー１０は、ディスプレイ４０によって表示される像Ｆの光が入射するとともに、像Ｆの光をミラー２０に向かって反射させるように位置決めされる。図１に示される例では、ミラー１０は、上下方向において鉛直に配置されたミラー２０およびディスプレイ４０に対して、４５度傾くように配置される。なお、ディスプレイ４０によって表示される像Ｆの向きは、ミラー１０およびミラー２０によって反射された後の像ＦがユーザＵによって観察されたときに適切な向きとなるよう調整される。ディスプレイ４０の例は、液晶ディスプレイ、プロジェクタで映像を投影された拡散スクリーン等である。
【００２１】
一実施形態において、ミラー２０は、ミラー１０と実質的に同じ光学特性を有するように設計されている。この場合、ミラー２０は、ミラー１０と同様に、特定波長の光を入射角と反射角とが互いに異なるように反射させる。また、ミラー２０は、ミラー１０と同様に、周辺波長の光を、特定波長の光の反射角からずれた反射角で反射させる。
【００２２】
レンズ３０は、ミラー１０とミラー２０との間の像Ｆの光の光軸上に配置され、ミラー１０によって反射される像Ｆの光の方向を変更させる。レンズ３０は、レンズ３０の光軸方向と、ミラー１０およびミラー２０間の像Ｆの光の光軸方向とが一致するように位置決めされる。図１に示される例では、レンズ３０は、凸レンズのような集光レンズであり、ミラー１０に対向するように配置される。レンズ３０による像Ｆの光の方向の変更について、以下、具体的に説明する。
【００２３】
図１において、像Ｆの光の光路が光路Ｌとして示される。実際にディスプレイ４０によって表示される像Ｆは、無数の光点によって構成され、かつ、各光点から複数の方向に光が拡散して進む。理解を容易にするために、ここでは、ディスプレイ４０において像Ｆを構成する一つの光点から、ミラー１０に向かって進む複数の方向のうち一つの方向に進む光の光路について説明する。他の光点および他の方向に進む光の光路についても、同様の説明が可能である。
【００２４】
ディスプレイ４０からミラー１０までの像Ｆの光の光路が光路Ｌとして図示される。上述のように、ミラー１０は、特定波長の光を反射させるだけでなく周辺波長の光も特定波長の光の反射角からずれた反射角で反射させるので、ミラー１０によって反射された特定波長および周辺波長の光路が異なる。図１において、特定波長の光の光路が、光路Ｌ２として示される。周辺波長のうち特定波長よりも短い波長（短波長側波長）の光の光路が、光路Ｌ１として例示される。周辺波長のうち特定波長よりも長い波長（長波長側波長）の光の光路が、光路Ｌ３として例示される。ミラー１０での特定波長の光の入射位置において、特定波長の光の反射角と短波長側波長の光の反射角との差が、角度α１２として図示される。特定波長の光の反射角と長波長側波長の光の反射角との差が、角度α３２として図示される。
【００２５】
ミラー１０によって反射された像Ｆの各光の光路Ｌ１〜Ｌ３がそれぞれ異なるので、ミラー１０によって作られる像Ｆの虚像Ｆ１０ｉにボケが生じる。具体的に、図１に示されるように、ミラー１０によって作られる虚像Ｆ１０ｉでは、特定波長の光に基づく虚像Ｆ１２ｉの位置と、短波長側波長の光に基づく虚像Ｆ１１ｉの位置と、長波長側波長の光に基づく虚像Ｆ１３ｉの位置とがずれる。虚像Ｆ１２ｉは、特定波長の光が結像されることによって作られる。虚像Ｆ１１ｉは、短波長側波長の光が結像されることによって作られる。虚像Ｆ１３ｉは、長波長側波長の光が結像されることによって作られる。前述のように、光学素子がＨＯＥの場合は周辺波長が特定波長±１０ｎｍ程度であるので、ユーザＵが視認する場合には明確に虚像Ｆ１１ｉ、Ｆ１２ｉ、Ｆ１３ｉを分離して視認することはできず、虚像のボケとして視認される。
【００２６】
ミラー１０によって反射された周辺波長（短波長側波長および長波長側波長）の光は、それらの方向（つまり光路Ｌ１、光路Ｌ３）がレンズ３０によって変更された後、ミラー２０の同じ位置に入射する。ミラー２０での特定波長の光の入射位置において、特定波長の光の入射角と短波長側波長の光の入射角との差が、角度β１２として図示される。特定波長の光の入射角と長波長側波長の光の入射角との差が、角度β３２として図示される。
【００２７】
本実施形態では、レンズ３０は、ミラー１０によって反射される像Ｆの光のうち周辺波長の光が、ミラー２０での特定波長の光の出射位置から特定波長の光と同じ方向に出射されるように、ミラー１０によって反射される像Ｆの光の方向を変更させる。
【００２８】
ミラー１０およびミラー２０が実質的に同じ光学特性を有するように設計されている場合、レンズ３０は、角度β１２および角度β３２が角度α１２および角度α３２とそれぞれ一致するように、ミラー１０によって反射される像Ｆの光の方向（つまり光路Ｌ１および光路Ｌ３）を変更させる。ここでの一致は、角度β１２の大きさと角度α１２の大きさとが等しいこと、および、角度β３２の大きさと角度α３２の大きさとが等しいことを意味する。
【００２９】
仮に、短波長側波長の光のミラー２０への入射角度が特定波長の光のミラー２０への入射角度と同じであるとすると、ミラー２０によって反射される短波長側波長の光の方向は、特定波長の光の方向から角度α１２だけずれることになる。短波長側波長の光が、角度α１２と同じ大きさの角度β１２だけ特定波長の光とは異なる角度でミラー２０に入射することによってそのずれ（ミラー２０の波長分散）が打ち消されるので、ミラー２０によって反射される短波長側波長の光の方向（つまり光路Ｌ１）が特定波長の光の方向（つまり光路Ｌ２）と一致するようになる。
【００３０】
仮に、長波長側波長の光のミラー２０への入射角度が特定波長の光のミラー２０への入射角度と同じであるとすると、ミラー２０によって反射される長波長側波長の光の方向は、特定波長の光の方向から角度α３２だけずれることになる。長波長側波長の光が、角度α３２と同じ大きさの角度β３２だけ特定波長の光とは異なる角度でミラー２０に入射することによってそのずれ（ミラー２０の波長分散）が打ち消されるので、ミラー２０によって反射される長波長側波長の光の方向（つまり光路Ｌ３）が特定波長の光の方向（つまり光路Ｌ２）と一致するようになる。
【００３１】
したがって、ミラー２０によって作られる（結像される）像Ｆの虚像Ｆ２０ｉでは、特定波長の光に基づく虚像Ｆ２２ｉの位置と、短波長側波長の光に基づく虚像Ｆ２１ｉの位置と、長波長側波長の光に基づく虚像Ｆ２３ｉの位置とが揃う。虚像Ｆ２２ｉは、特定波長の光が結像されることによって作られる。虚像Ｆ２１ｉは、短波長側波長の光が結像されることによって作られる。虚像Ｆ２３ｉは、長波長側波長の光が結像されることによって作られる。結果として、ミラー１０を用いた場合に生じるボケが補償される。換言すれば、ミラー１０およびミラー２０の分散補償がなされる。
【００３２】
ミラー２０によって像Ｆの光が反射されると、ミラー２０の正面からミラー２０を観察するユーザＵに、像Ｆが提示される。たとえばミラー２０が特定波長以外の光を透過させるように構成されていれば、ユーザＵは、ミラー２０を挟んでユーザＵと反対側に位置する前方空間も視認できる。この場合、前方空間に特定波長およびその近傍の波長の光による像Ｆが浮かび上がるような映像がユーザＵに提示される。ボケ補償システム１は、像ＦがユーザＵの前方に存在しているような映像をユーザＵに提示する映像提示システムとして用いることができる。ユーザＵに提示される映像では、像のボケが補償されている。
【００３３】
なお、レンズ３０の倍率、ユーザＵに提示される虚像距離（ミラー２０の出射面を基準とした虚像Ｆ２０の奥行を示す距離）等によっては、ミラー１０とミラー２０とで異なるＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子を用いる場合もある。この場合は、ミラー１０およびミラー２０が異なる光学特性を有し得るので、角度β１２および角度β３２が角度α１２および角度α３２とそれぞれ一致しない場合もあり得るが、ミラー１０、ミラー２０、レンズ３０を用いて像Ｆのボケを補償する構成においては本出願の範囲である。
【００３４】
ここで、図２を参照して、入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを定量的に説明する。図２に示される例では、光学素子は、ＨＯＥと呼ばれる反射型の光学素子である。以下の図２の説明では、この光学素子を単に「ＨＯＥ」と言う。ＤＯＥ等の他の光学素子についても同様の説明が可能である。
【００３５】
図２の（ａ）には、ＨＯＥの分散波長と虚像の空間ボケとの関係が概念的に示される。ここでは、ＸＹ平面に延在する反射面を有するＨＯＥによって反射される光のうち−１次反射光の分散（Diffracted (-1st order)）の様子が示される。対像物（ｏｂｊｅｃｔ）からの像の光がＨＯＥによって反射されると、特定波長の光の反射角と周辺波長の光の反射角が異なるため、光が分散する。したがって、ＨＯＥによって虚像が作られる領域には、各波長の光に基づくそれぞれの虚像（ｖｉｒｔｕａｌ  ｉｍａｇｅ）がＨＯＥの面方向で互いに異なる位置に現れる。図４の（ａ）には、各波長の光がＸ方向において異なる位置に到達する様子が示される。ＨＯＥによって作られる虚像の位置において、最も長波長側の波長の光と、最も短波長側の波長の光との間の距離を、ボケ量ｂとして定義する。この場合、ボケ量ｂは、以下の式（１）を用いて表される。
【数１】
2018128603.tif 000003
上記式（１）において、Ｚｖｉｒｍｉｎｇは、ＨＯＥの出射面を基準とした虚像（Virtual image）の奥行を示す距離（虚像距離）であり、ＨＯＥとＯｂｊｅｃｔとの間の距離に相当する。ΔλＨＯＥは、ＨＯＥによって分散される光の波長の範囲の大きさを示し、上述の周辺波長の範囲の大きさに相当する。λ０は、入射光の波長であり、上述の特定波長に相当する。θＨＯＥは、ＨＯＥの−１次反射光の回折に起因する光路変更によってもたらされる−１次反射光の光路変更角度である。この例では、−１次反射光がＨＯＥの法線方向に反射されるので、θＨＯＥは、入射角に相当する（または０次反射光の反射角に相当するとも言える）。
【００３６】
図２の（ｂ）には、ボケ量ｂと、虚像距離（Ｚｖｉｒｉｍｇ）との関係の例がグラフで示される。グラフの横軸は、虚像距離（Distance of a virtual image）を示す。グラフの縦軸は、ボケ量ｂ（Size of blur）を示す。ここでのボケ量ｂは、λ０＝５３２ｎｍ、ΔλＨＯＥ＝７ｎｍ（すなわち周辺波長において最も長い波長＝（５３２＋７／２）ｎｍ、周辺波長において最も短い波長＝（５３２−７／２）ｎｍ）とし、θＨＯＥ＝４５度とした場合の計算値である。図４の（ｂ）のグラフに示されるように、虚像距離が大きくなるにつれて、ボケ量ｂも大きくなる。たとえば虚像距離が１５００ｍｍの場合、ボケ量ｂは約２０ｍｍにも及ぶことになる。
【００３７】
以上のようにボケ量ｂを定義することによって、回折に起因する光路変更によって生じるボケの見積もりが可能となる。本実施形態に係るボケ補償システム１によれば、上述のボケ量ｂが小さくなるので、ＤＯＥ、ＨＯＥ等の射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することができる。上記式（１）から理解されるように、虚像距離が大きくなるほどボケ量ｂが大きくなるので、虚像距離が大きいほど、本実施形態に係るボケ補償システム１によるボケ補償のメリットが大きくなる。たとえば図１に示される例では、ミラー１０とミラー２０との間の距離が大きくなるほど（大型系であるほど）、ボケ補償のメリットが大きくなる。
【００３８】
一方、ボケ補償システム１を、撮影システムとして用いることもできる。図３に示される例では、ボケ補償システム１は、ディスプレイ４０（図１）に代えてカメラ５０を含み得る。この例では、ミラー２０の正面に、カメラ５０による撮影の対像物Ｐが位置しているものとする。図３において、対像物Ｐの像が、図１と同様に、像Ｆとして図示される。
【００３９】
図３において、像Ｆの光の光路が光路Ｌとして図示される。図１の説明と同様に、ここでは、像Ｆを構成する一つの光点から、ミラー２０に向かって進む複数の方向のうち一つの方向に進む光の光路について説明する。
【００４０】
対像物Ｐからミラー２０までの像Ｆの光の光路が光路Ｌとして図示される。ミラー２０は、特定波長の光を反射させるだけでなく周辺波長の光も特定波長の光の反射角からずれた反射角で反射させるので、ミラー２０によって反射された特定波長および周辺波長の光が異なる。図３において、図１と同様に、特定波長の光の光路が光路Ｌ２として示される。短波長側波長の光の光路が、光路Ｌ１として例示される。長波長側波長の光の光路が、光路Ｌ３として例示される。ミラー２０での特定波長の光の入射位置において、特定波長の光の反射角と短波長側波長の光の反射角との差が、角度β１２として図示される。ミラー２０における、特定波長の光の反射角と長波長側波長の光の反射角との差が、角度β３２として図示される。
【００４１】
ミラー２０によって反射された像Ｆの各光の光路が光路Ｌ１、Ｌ２およびＬ３で異なるので、ミラー２０によって作られる像Ｆの虚像Ｆ２０ｉにボケが生じる。具体的に、図３に示されるように、ミラー２０によって作られる虚像Ｆ２０ｉでは、特定波長の光に基づく虚像Ｆ２２ｉの位置と、短波長側波長の光に基づく虚像Ｆ２１ｉの位置と、長波長側波長の光に基づく虚像Ｆ２３ｉの位置とがずれる。
【００４２】
ミラー２０によって反射された周辺波長（短波長側波長および長波長側波長）の光は、それらの方向（つまり光路Ｌ１、光路Ｌ３）がレンズ３０によって変更された後、ミラー１０に入射する。ミラー１０の特定波長の光が入射する位置において、特定波長の光の入射角と短波長側波長の光の入射角との差が、α１２として図示される。ミラー１０における、特定波長の光の入射角と長波長側波長の光の入射角との差が、角度α３２として図示される。
【００４３】
レンズ３０は、角度α１２及び角度α３２が角度β１２および角度β３２とそれぞれ一致するように、ミラー２０によって反射される像Ｆの光の方向（つまり光路Ｌ１および光路Ｌ３）を変更させる。ここでの一致は、角度α１２の大きさと角度β１２の大きさとが等しいこと、および、角度α３２の大きさと角度β３２の大きさとが等しいことを意味する。
【００４４】
仮に、短波長側波長の光のミラー１０への入射角度が特定波長の光のミラー１０への入射角度と同じであるとすると、ミラー１０によって反射される短波長側波長の光の方向は、特定波長の光の方向から角度β１２だけずれることになる。短波長側波長の光が、角度β１２と同じ大きさの角度α１２だけ特定波長の光とは異なる角度でミラー１０に入射することによってそのずれ（ミラー１０の波長分散）が打ち消されるので、ミラー１０によって反射される短波長側波長の光の方向（つまり光路Ｌ１）が特定波長の光の方向（つまり光路Ｌ２）と一致するようになる。
【００４５】
仮に、長波長側波長の光のミラー１０への入射角度が特定波長の光のミラー１０への入射角度と同じであるとすると、ミラー１０によって反射される長波長側波長の光の方向は、特定波長の光の方向から角度β３２だけずれることになる。長波長側波長の光が、角度β３２と同じ大きさの角度α３２だけ特定波長の光とは異なる角度でミラー２０に入射することによってそのずれ（ミラー１０の波長分散）が打ち消されるので、ミラー２０によって反射される長波長側波長の光の方向（つまり光路Ｌ３）が特定波長の光の方向（つまり光路Ｌ２）と一致するようになる。
【００４６】
したがって、ミラー１０によって作られる（結像される）像Ｆの虚像Ｆ１０ｉでは、特定波長の光に基づく虚像Ｆ１２ｉの位置と、短波長側波長の光に基づく虚像Ｆ１１ｉの位置と、長波長側波長の光に基づく虚像Ｆ１３ｉの位置が揃う。結果として、ミラー２０を用いた場合に生じるボケが補償される。換言すれば、ミラー１０およびミラー２０の分散補償がなされる。
【００４７】
ミラー１０によって像Ｆの光が反射されると、たとえばミラー１０から見たときに像Ｆの反射方向に位置するカメラ５０を用いて、対像物Ｐの像Ｆを撮影することができる。すなわち、ボケ補償システム１は、カメラ５０を用いて対像物Ｐを撮影する撮影システムとして用いることができる。カメラ５０によって撮影される映像では、像のボケが補償されている。
【００４８】
図４を参照して、上述のボケ補償システム１の各要素の寸法等の設計の例について説明する。図４において、各要素の寸法および配置角度を示す符号が示される。各符号の内容は以下のとおりである。
【００４９】
ａ：ミラー２０によって作られる虚像の大きさを表すために用いられる値である。整理の便宜上、図４では、ミラー２０によって作られる虚像を側面から見たときの長さを、a(1+tanθtanφ)として定義する。ディスプレイ４０によって表示される像を側方から見たときの長さが、ａｗとして定められる。ｗはレンズ３０の倍率である。
ｌ０：ミラー２０の反射面を基準とした、ミラー２０によって作られる虚像の奥行を示す距離（虚像距離）である。
ｌ１：ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置にレンズ３０によって集光されている像と、レンズ３０との間の距離である。
ｌ２：ミラー２０とレンズ３０との間の距離であり、上述の距離ｌ０および距離ｌ１の合計距離に相当する。レンズ３０とミラー１０との間の距離でもある。
ｌ３：ディスプレイ４０とミラー１０との間の距離である。ミラー１０の反射面を基準とした、ミラー１０によって作られる虚像の奥行を示す距離（虚像距離）でもある。
θ：ミラー１０およびミラー２０における特定波長の光の光路変更角度（入射光と反射光との間の角度）である。格子定数、露光条件および露光波長等によって決定され得る。
Δθ：周辺波長における最も長い波長の光または最も短い波長の光と、特定波長の光との光路変更角度の差である。ＨＯＥのブラッグ条件もしくは光源のスペクトルにより制限され得る。
φ：ミラー１０の鉛直方向に対する配置角度である。
Ｄ１：ミラー１０を側方から見たときのミラー１０の長さである。
Ｄ１１：ミラー１０によって作られる各虚像を側方から見たときの一つの虚像の長さである。
Ｄ１２：ミラー１０によって作られる各虚像を側方から見たときの各虚像の全体の長さである。
Ｄ２：ミラー２０を側方から見たときのミラー２０の長さである。
Ｄ３：レンズ３０を側方から見たときのレンズ３０の長さである。
Ｄ３１：ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置にレンズ３０によって集光されている各像を側方から見たときの一つの像の長さである。
Ｄ３２：ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置にレンズ３０によって集光されている各像を側方から見たときの各像の全体の長さである。
Ｄ４：ディスプレイ４０を側方から見たときのディスプレイ４０の長さである。
【００５０】
先に説明したように、ボケ補償システム１は、一例としてミラー２０によって反射された像がユーザＵに提示されるという利用態様を想定している。この場合、たとえば次のような手順でボケ補償システム１の各要素の寸法等の設計が行われる。
【００５１】
まず、ミラー２０を、ユーザＵと対向するように鉛直に配置する。ディスプレイ４０は、ミラー２０の下方のスペースに鉛直に配置する。ミラー１０は、ディスプレイ４０からの像をミラー２０に向かって反射させる。ミラー１０の配置角度φは、たとえば４５度に設定する。ディスプレイ４０から正面方向に進みミラー１０によって反射される特定波長の光がミラー２０に向かって進むように、ミラー１０の光路変更角度θは４５度に設定する。Δθは、ミラー１０の光学特性に応じて定まる値であり、ミラー１０の設計データ、実験データ等に基づいて特定される。ディスプレイ４０とミラー１０との距離ｌ３の大きさは、ボケ補償システム１のサイズにあわせて適宜設定してよい。ミラー１０およびミラー２０が実質的に同じ光学特性を有する場合、レンズ３０は、ミラー１０とミラー２０との中間の位置に配置する。ミラー１０とレンズ３０との間の距離、および、ミラー２０とレンズ３０との間の距離は、いずれも距離ｌ２である。距離ｌ２の大きさは、ボケ補償システム１のサイズにあわせて適宜設定してよい。
【００５２】
次に、ユーザＵに提示される像の大きさ、すなわちa(1+tanθtanφ)を設定する。上述のようにミラー１０の配置角度φおよびミラー１０の光路変更角度θがすでに設定されているので、寸法ａを決めることによって、像の大きさを所望の大きさに設定することができる。これとともに、ユーザＵに提示される像の奥行、すなわち距離ｌ０の値も設定する。以下、ユーザＵに提示される像の大きさおよび奥行を実現するために、各要素の寸法等を設定していく。
【００５３】
ミラー２０の長さＤ２は、ミラー２０によって作られる虚像の長さよりも長くするため、以下の式（２）を満たすように設定する。
【数２】
2018128603.tif 000004
【００５４】
ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置にレンズ３０によって集光されている各像のうちの一の像の長さＤ３１は、以下の式（３）で表される。
【数３】
2018128603.tif 000005
【００５５】
ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置にレンズ３０によって集光されている各像の全体の長さＤ３２は、以下の式（４）で表される。
【数４】
2018128603.tif 000006
【００５６】
ミラー２０からレンズ３０に向かって距離ｌ０だけ離れた位置は、レンズ３０からミラー２０に向かって距離ｌ１（ｌ１＝ｌ２−ｌ０）だけ離れた位置でもある。当該位置に、上記の式（３）および式（４）に示される長さＤ３１および長さＤ３２を有する像を集光させることが、レンズ３０の役割である。
【００５７】
一方、ディスプレイ４０には、側方から見たときの長さがａｗとなるように、像を表示させる。ディスプレイ４０とミラー１０との間の距離がｌ３であるので、ミラー１０の反射面を基準とした、ミラー１０によって作られる虚像の奥行を示す距離も、距離ｌ３である。
【００５８】
ミラー１０の長さＤ１は、ディスプレイ４０によって表示される像全体をミラー１０に入射させるために、以下の式（５）を満たすように設定する。
【数５】
2018128603.tif 000007
【００５９】
ミラー１０によって作られる各虚像を側方から見たときの一つの虚像の長さＤ１１は、以下の式（６）で表される。
【数６】
2018128603.tif 000008
【００６０】
ミラー１０によって作られる各虚像を側方から見たときの各虚像の全体の長さＤ１２は、以下の式（７）で表される。
【数７】
2018128603.tif 000009
【００６１】
レンズ３０は、上記の式（６）および（７）で表される長さの虚像を、上述のレンズ３０からミラー２０に向かって距離ｌ１だけ離れた位置に、上記の式（３）および式（４）に示される長さの像として集光させる。ミラー１０によって作られる虚像とレンズ３０との距離がｌ２＋ｌ３であるので、レンズ３０の倍率ｗを、以下の式（８）のように設定する。
【数８】
2018128603.tif 000010
【００６２】
レンズ３０の大きさＤ３は、ミラー１０によって反射される像全体を入射させるために、以下の式（９）を満たすように設定する。
【数９】
2018128603.tif 000011
【００６３】
たとえば上述のようにして、ボケ補償システム１を構成する各要素の寸法等が設計される。
【００６４】
図５は、ボケ補償システム１によるボケ補償の効果の例（実験結果）を示す図である。図５の（ａ１）には、ボケ補償が実施されない場合の映像の一場面を構成する像の例が示される。この像は、たとえば、図１に示されるボケ補償システム１において、ミラー１０およびレンズ３０を用いずにディスプレイ４０からの像Ｆの光を直接ミラー２０によって反射させた場合にユーザＵが視認する像に相当し得る。あるいは、図２に示されるボケ補償システム１において、ミラー２０によって反射された像Ｆの光をレンズ３０およびミラー１０を介さずにカメラ５０が直接撮影した場合の像に相当し得る。これに対し、図５の（ａ２）には、ボケ補償システム１によるボケ補償が実施された場合の映像の一場面を構成する像の例が示される。図５の（ａ２）に示されるように、ボケ補償システム１によるボケ補償が実施されることにより、ボケが抑制されることが理解できる。なお、図５に示される像のサイズは実際のサイズとは必ずしも一致していないが、実験では、図５の（ａ１）においてはボケ量ｂが約１ｍｍあり視認できるのに対し、図５の（ａ２）においてはボケが視認できない程度まで小さくなっていることが確認された。
【００６５】
同様に、図５の（ｂ１）および（ｂ２）にも、ボケ補償が実施されない場合および実施される場合の映像の一場面の例がそれぞれ示される。これら図５の（ｂ１）および（ｂ２）からも、ボケ補償システム１によるボケ補償が実施されることにより、ボケが抑制されることが理解できる。実験では、図５の（ｂ１）においてはボケ量ｂが約１ｍｍあり視認できるのに対し、図５の（ｂ２）においてはボケが視認できない程度まで小さくなっていることが確認された。
【００６６】
以上説明したボケ補償システム１では、ミラー１０は、特定波長の光を入射角と反射角とが互いに異なるように反射させる。このように設計されたミラー１０は、特定波長の周辺波長の光も特定波長の光の反射角からずれた反射角で反射させる。したがって、ミラー１０で反射された像Ｆの光によって構成される像に、ボケが生じる。このことは、たとえば図１に示されるように、ミラー１０によって作られる像Ｆの虚像Ｆ１０ｉにおいて、各波長の光に基づく虚像Ｆ１１ｉ、Ｆ１２ｉおよびＦ１３ｉの位置がずれていることから理解される。ここで、ボケ補償システム１では、レンズ３０が、ミラー１０によって反射される像の光のうち周辺波長の光が、ミラー２０での特定波長の光の反射位置から、特定波長の光と同じ方向に反射されるように、ミラー１０によって反射される像の光の方向を変更させる。すなわち、先に図１を参照して説明したように、ミラー１０によって生じたボケが、ミラー２０およびレンズ３０によって補償される。また、先に図２を参照して説明したように、ミラー２０によって生じるであろうボケが、ミラー１０およびレンズ３０によって補償される。したがって、ミラー１０および／またはミラー２０のような入射角と反射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することができる。
【００６７】
ミラー１０およびミラー２０は、ミラー１０における特定波長の光の入射角および反射角の関係と、ミラー２０における特定波長の光の入射角および反射角の関係とが実質的に等しくなるという光学特性を有してよい。その場合、レンズ３０は、ミラー１０によって反射される像Ｆの光のうち特定波長の光のミラー２０での入射位置における特定波長の光の入射角および周辺波長の光の入射角の差（角度β１２、β３２）が、特定波長の光のミラー１０での出射位置における特定波長の光の反射角および周辺波長の光の反射角の差（角度α１２、α３２）と一致するように、ミラー１０によって反射される像Ｆの光の方向を変更させてもよい。この場合、実質的に同じ光学特性を有するミラー１０およびミラー２０を用いて、ボケ補償システム１を容易に実現することができる。
【００６８】
ミラー１０には、所定の位置に設けられたディスプレイ４０によって表示される像Ｆの光が入射し、レンズ３０は集光レンズであってよい。この場合、ディスプレイ４０によってすでに実像が作られているので、ミラー１０以降の光軸上に、像Ｆの光に基づく実像を作るための要素を設ける必要がない。また、像Ｆの光がレンズ３０によって集光される分、ミラー２０における像Ｆの光が入射する部分の面積を小さくすることもできる。したがって、ミラー２０を小型化することもできる。
【００６９】
反射型の光学素子であるミラー１０およびミラー２０を用いることで、たとえば透過型の光学素子を用いる場合よりも、像Ｆの光の光路Ｌを大きく変更させることもできる。結果として、たとえば、ミラー１０、ミラー２０、レンズ３０の各光学素子の配置の自由度を向上させることができる。ボケ補償システム１全体の構成をコンパクトにすることもできる。
【００７０】
ミラー１０およびミラー２０の反射光としてさまざまな次数の反射光を組み合わせて用いることもできる。たとえば、上記では、ミラー１０およびミラー２０の反射光として同じ次数の−１次反射光を用いる例について説明した。ただし、−１次反射光に代えて＋１次反射光を用いることもできる。
【００７１】
上記のボケ補償システム１は、第１の光学素子および第２の光学素子として反射型のミラー１０およびミラー２０という反射型の光学素子を用いた場合の一実施形態を説明したに過ぎない。第１の光学素子および第２の光学素子として透過型の光学素子が用いられる場合でも、同様の原理によりボケを抑制できることを、当業者は理解するであろう。したがって、本実施形態に係るボケ補償システムによれば、入射角と出射角の異なる光学素子を用いた場合に生じるボケを抑制することができる。
【００７２】
ボケ補償システム１の応用例について、図６〜図８を参照して説明する。
【００７３】
図６は、ボケ補償システムの応用例を示す図である。この例では、ボケ補償システムは、映像提示システム１Ａとして用いられる。映像提示システム１Ａは、たとえば対話コミュニケーションに用いられる。対話コミュニケーションの例は、テレビ電話である。図６には、ユーザＵが映像提示システム１Ａを利用して、ユーザＵの対話相手であるユーザＴ（図６にはユーザＴの虚像Ｔｉが示される）と対話を行う様子が示される。ユーザＵには、ユーザＴがユーザＵの前方に存在しているかのような映像が提示される。ユーザＴは、ユーザＵとは別の場所で、ユーザＵが利用している映像提示システム１Ａとは別の映像提示システム１Ａを利用する。ユーザＴには、カメラ５０によって撮影されたユーザＵの像（ユーザＵの虚像Ｕｉ）が提示される。ユーザＴには、ユーザＵがユーザＴの前方に存在しているかのような映像が提示される。
【００７４】
映像提示システム１Ａは、ミラー１０と、ミラー２０と、レンズ３０と、ディスプレイ４０と、カメラ５０と、マイク６０と、スピーカ７０と、制御装置８０とを含む。ミラー１０、ミラー２０およびレンズ３０の詳細構成およびボケ補償の原理については先に図１、２等を参照して説明したので、ここでは説明を繰り返さない。
【００７５】
映像提示システム１Ａでは、ディスプレイ４０は、ユーザＴの像をミラー１０に向かって映像表示する。すなわち、ディスプレイ４０からは、ユーザＴの像の光が出力される。ディスプレイ４０による映像表示のフレーム数は、たとえば６０フレーム／秒である。ディスプレイ４０は、像を表示する状態（ＯＮ）と、像を表示しない状態（ＯＦＦ）とが交互に切り替わるように、後述の制御装置８０によって制御され得る。
【００７６】
カメラ５０は、ミラー１０を撮影する。カメラ５０による撮影のフレーム数は、たとえば６０フレーム／秒である。カメラ５０は、撮影を実行する状態（ＯＮ）と、撮影を実行しない状態（ＯＦＦ）とが交互に切り替わるように、後述の制御装置８０によって制御され得る。
【００７７】
マイク６０は、ユーザＵの音声を含む周囲の音を集音する。スピーカ７０は、ユーザＴの音声を含む音を出力する。制御装置８０は、ボケ補償システム１に含まれるディスプレイ４０、カメラ５０、マイク６０およびスピーカ７０等の各要素を制御する。制御装置８０の機能については後に図７を参照して説明する。
【００７８】
ボケ補償システム１は、たとえば室内で利用される。図６に示される例では、ミラー２０、ディスプレイ４０およびカメラ５０が、壁Ｗに設けられる。この例では壁Ｗが床Ｇに対して垂直に設けられており、壁Ｗに設けられるミラー２０およびディスプレイ４０も床Ｇに対して垂直に設けられる。ミラー１０から見たときに、カメラ５０は、ディスプレイ４０とほぼ同じ方向に位置するように配置され得る。たとえば、ミラー１０から見たときに、ディスプレイ４０およびカメラ５０が並設（たとえば隣接して配置）されていてよい。壁Ｗに設けられたミラー２０、ディスプレイ４０およびカメラ５０以外の要素、つまりミラー１０、レンズ３０、マイク６０、スピーカ７０および制御装置８０は、壁ＷよりもユーザＵ側に配置される。マイク６０、スピーカ７０および制御装置８０は、床Ｇのうち壁ＷよりもユーザＵ側の部分に配置される。ユーザＵは、ミラー２０と対向する位置において映像提示システム１Ａを利用する。
【００７９】
映像提示システム１Ａでは、先に図１および図２を参照して説明した原理により、ディスプレイ４０からのユーザＴの像は、ミラー１０によって反射されレンズ３０を通った後、ミラー２０によってユーザＵに向かって反射される（矢印ＡＲ１）。すなわち、ユーザＴの像がユーザＵに提示される。ミラー２０が特定波長以外の光を透過させるように構成されていれば、ミラー２０を挟んでユーザＵとは反対側に位置する前方空間にユーザＴが浮かび上がるような像が、ユーザＵに提示される。また、ユーザＵの像は、ミラー２０によって反射されレンズ３０を通った後、ミラー１０によってカメラ５０に向かって反射される（矢印ＡＲ２）。これにより、ユーザＵの像が、カメラ５０によって撮影される。上述のようにミラー１０から見たときにカメラ５０がディスプレイ４０とほぼ同じ方向に位置するように配置されるのであれば、カメラ５０は、ユーザＵの姿をほぼ正面から撮影することができる。
【００８０】
図７は、図６の映像提示システム１Ａのブロック図の例を示す。図６には、互いに通信が可能な２つの映像提示システム１Ａのブロック図が示される。一方の映像提示システム１ＡはユーザＵが利用し、他方のボケ補償システム１はユーザＴが利用する。
【００８１】
映像提示システム１Ａに含まれるミラー１０、ミラー２０、レンズ３０、ディスプレイ４０、カメラ５０、マイク６０およびスピーカ７０については、先に図６を参照して説明したとおりである。図７には、制御装置８０のブロック図の例も示される。制御装置８０は、物理的には、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信装置、入力装置、出力装置などを含むコンピュータ装置として構成され得る。制御装置８０は、ディスプレイ４０、カメラ５０、マイク６０およびスピーカ７０の各要素とたとえば電気的に接続されており、それら各要素を制御することが可能である。制御装置８０は、その機能ブロックとして、時分割処理部８２と、制御部８４と、記憶部８６と、通信部８８とを含む。
【００８２】
時分割処理部８２によって実行される以下の処理は、ディスプレイ４０によって表示されるユーザＴの像がカメラ５０によって撮影されることを防ぐために用いられる。たとえば図６に示されるディスプレイ４０およびカメラ５０の配置構成であれば、カメラ５０の撮影範囲内にディスプレイ４０が位置していないので、時分割処理部８２による処理は不要である。逆に、後述の図８に示されるようなディスプレイ４０およびカメラ５０の配置構成においては、カメラ５０の撮影範囲内にディスプレイ４０が位置する可能性があり、その場合に時分割処理部８２が用いられてよい。
【００８３】
具体的に、時分割処理部８２は、ディスプレイ４０によって像を表示するモード（表示モード）と、カメラ５０によって撮影された像を取り込むモード（取込モード）とを順に切り替えて実行する処理（時分割処理）を行う。表示モードでは、ディスプレイ４０によるユーザＴの像の表示が行われる。取込モードでは、ディスプレイ４０による像の表示が停止（中断）され、カメラ５０によって撮影された像が取り込まれる。
【００８４】
時分割処理部８２は、たとえば、１秒間を１２０フレームに分割し、１フレームごとに取込モードと表示モードとを交互に実行する。この場合、時分割処理部８２は、１２０フレームのうち表示モードが実行される６０フレームにおいて像を表示するようにディスプレイ４０を制御する。時分割処理部８２は、１２０フレームのうち取込モードが実行される６０フレームにおいて撮影を行うようにカメラ５０を制御してもよいし、全１２０フレームで撮影を行うようにカメラ５０を制御してもよい。後者の場合には、たとえば、カメラ５０が撮影した１２０フレーム分の像のうち取込モードが実行される６０フレーム分の像が間引いて取り込まれる。
【００８５】
なお、上述の時分割処理部８２による時分割処理を採用しない場合には、カメラ５０によって撮影された像がそのまま６０フレーム／秒で取り込まれ、また、通信部８８によって受信されたユーザＴの像がそのまま６０フレーム／秒でディスプレイ４０によって映像表示されてよい。
【００８６】
制御部８４は、制御装置８０に含まれる各要素を制御することによって、制御装置８０の全体制御を行う部分である。記憶部８６は、制御装置８０によって実行される処理に必要な種々の情報を記憶する部分である。たとえば、記憶部８６は、制御装置８０の各機能を実現するためのプログラムを記憶しており、制御部８４は、記憶部８６から読み出されたプログラムを実行する。通信部８８は、映像提示システム１Ａの外部と通信を行う部分である。図６に示される例では、ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａと、ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａとが、それぞれの通信部８８を介して通信を行うようになっている。
【００８７】
図７とともに図６も参照して、映像提示システム１Ａの動作概要について説明する。
【００８８】
ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａにおいて、ミラー２０によって反射され、レンズ３０を通り、ミラー１０で反射されたユーザＵの像（虚像Ｕｉ）を、カメラ５０が撮影する。カメラ５０によって撮影されたユーザＵの像は、通信部８８を介して、ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａの通信部８８に送信される。ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａでは、通信部８８によって受信されたユーザＵの像を、ディスプレイ４０がミラー１０に向かって表示する。ユーザＵの像は、ミラー１０によって反射され、レンズ３０を通った後、ミラー２０によってユーザＴに向かって反射される。すなわち、ユーザＵの像がユーザＴに提示される。
【００８９】
同じくユーザＵが利用する映像提示システム１Ａにおいて、マイク６０が、ユーザＵの音声を集音する。カメラ５０によって集音された音は、通信部８８を介して、ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａの通信部８８に送信される。ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａでは、通信部８８によって受信された音を、マイク６０が出力する。ユーザＴは、ユーザＵの音声を聞くことができる。
【００９０】
ユーザＴが利用する映像提示システム１Ａにおいて、ミラー２０で反射され、レンズ３０を通り、ミラー１０で反射されたユーザＴの像（虚像Ｔｉ）を、カメラ５０が撮影する。カメラ５０によって撮影されたユーザＴの像は、通信部８８を介して、ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａの通信部８８に送信される。ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａでは、通信部８８によって受信されたユーザＴの像を、ディスプレイ４０がミラー１０に向かって表示する。ユーザＴの像は、ミラー１０によって反射され、レンズ３０を通った後、ミラー２０によってユーザＵに向かって反射される。すなわち、ユーザＴの像がユーザＵに提示される。
【００９１】
同じくユーザＴが利用する映像提示システム１Ａにおいて、マイク６０が、ユーザＴの音声を集音する。マイク６０によって集音された音は、通信部８８を介して、ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａの通信部８８に送信される。ユーザＵが利用する映像提示システム１Ａでは、通信部８８によって受信された音を、マイク６０が出力する。ユーザＵは、ユーザＴの音声を聞くことができる。
【００９２】
以上のように、ユーザＵおよびユーザＴがそれぞれ利用する映像提示システム１Ａ間で、両者の映像および音声が送受信されることによって、ユーザＵとユーザＴとの対話コミュニケーションが実現される。映像提示システム１Ａは、ボケ補償システム１（図１および図２参照）を応用したものであるので、ユーザＵに提示されるユーザＴの像では、ボケが補償されている。同様に、カメラ５０によって撮影されるユーザＵの像でも、ボケが補償されている。
【００９３】
映像提示システム１Ａでは、入射角と反射角の異なるミラー２０が用いられるので、たとえば非特許文献１のように正反射特性を有するハーフミラーを用いた場合と比較して、ミラー２０の配置角度を含むシステムの設計の自由度を向上させることもできる。たとえば、ミラー２０を鉛直に配置することによって、映像提示システム１Ａにおける水平方向のスペースを削減することができる。これは、一般的なミラーが面対称の位置に虚像を結像するのに対し、ＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子が面対称でない位置に虚像を結像できるためである。なお、上述のようにミラー１０、レンズ３０、マイク６０、スピーカ７０および制御装置８０を壁Ｗよりも（つまりミラー２０よりも）ユーザＵ側に配置することによって、ミラー２０よりも後方において他の要素を配置するためのスペースを不要とすることもできる。
【００９４】
映像提示システム１Ａでは、カメラ５０が、ユーザＵの姿をほぼ正面から撮影することができる。この場合、ユーザＴに提示されるユーザＵの像におけるユーザＵの目線が、ユーザＴと正面で向かい合っているときとほぼ同じような目線になる。ユーザＵに提示される像におけるユーザＴの目線についても同様である。結果として、ユーザＵとユーザＴとの間で、アイコンタクトも含めたコミュニケーションも可能になる。
【００９５】
なお、上記では、ユーザＵおよびユーザＴの双方が映像提示システム１Ａを利用する例について説明したが、ユーザＵおよびユーザＴの一方のみが映像提示システム１Ａを利用し、他方が従来のテレビ電話システムを利用するといった態様も考えられる。
【００９６】
また、上記では、映像提示システム１Ａが、ユーザＵに映像を提示する映像提示、および、カメラ５０によるユーザＵの姿の撮影の両方の機能を備える例について説明した。ただし、映像提示システム１Ａは、映像提示および撮影の少なくとも一方の機能を備えていればよい。
【００９７】
映像提示システム１Ａが撮影の機能を備えない場合には、映像提示システム１Ａは、カメラ５０を含まない構成とすることができる。この場合でも、ユーザＵの像がユーザＴに提示されない態様で、ユーザＵとユーザＴとの対話コミュニケーションを実現することができる。対話コミュニケーションに限らず、単にユーザＵに何らかの像を提示するために用いられてもよい。
【００９８】
映像提示システム１Ａが映像提示の機能を備えない場合には、映像提示システム１Ａは、ディスプレイ４０を含まない構成とすることができる。この場合でも、ユーザＴの像がユーザＵに提示されない態様で、ユーザＵとユーザＴとの対話コミュニケーションを実現することができる。対話コミュニケーションに限らず、単にユーザＵを撮影するために用いられてもよい。
【００９９】
図８は、変形例に係る映像提示システムの概略構成を示す図である。図８に示される映像提示システム１Ｂは、映像提示システム１Ａ（図７）と比較して、ハーフミラー１５をさらに含む点、およびカメラ５０の配置が異なる点において相違する。
【０１００】
ハーフミラー１５は、ディスプレイ４０とミラー１０との間の光路上に配置される。カメラ５０は、ハーフミラー１５によって反射されたミラー１０からのユーザＵの像の光が入射する位置に配置される。この例では、カメラ５０は、ハーフミラー１５の下方の床Ｇ上に配置される。ミラー２０によって反射され、レンズ３０を通り、ミラー１０で反射されたユーザＵの像の光は、たとえばその５０％の光量の光がハーフミラー１５によってカメラ５０に向かって反射される（矢印ＡＲ３）。したがって、ユーザＵの像（虚像Ｕｉ）がカメラ５０によって撮影される。ディスプレイ４０からのユーザＴの像の光は、たとえば残りの５０％の光量がハーフミラー１５を透過し、ミラー１０によって反射され、レンズ３０を通り、ミラー２０によってユーザＵに向かって反射される（矢印ＡＲ１）。したがって、ユーザＴの像（虚像Ｔｉ）が、ユーザＵに提示される。
【０１０１】
先に図６を参照して説明した映像提示システム１Ａでは、カメラ５０が、ユーザＵの姿をほぼ正面から撮影することができるのに対し、映像提示システム１Ｂでは、ハーフミラー１５を用いることによって、カメラ５０がユーザＵの姿を完全に正面から撮影することができる。この場合、ユーザＴに提示されるユーザＵの像におけるユーザＵの目線が、ユーザＴと正面で向かい合っているときとまったく同じ目線になる。ユーザＵに提示される像におけるユーザＴの目線についても同様である。したがって、ユーザＵとユーザＴとの間のアイコンタクトを含めたコミュニケーションをさらにリアルなものにすることができる。
【０１０２】
映像提示システム１Ｂでは、ディスプレイ４０およびカメラ５０の位置関係、視野角の大きさ等によっては、カメラ５０の撮影範囲内にディスプレイ４０が位置し得る可能性がある。その場合には、先に説明した制御装置８０の時分割処理部８２による時分割処理を実行することによって、ディスプレイ４０によって表示されるユーザＴの像がカメラ５０によって撮影されることを防ぎ、ユーザＴの像のユーザＵへ提示と、ユーザＵの撮影とを両立することができる。ディスプレイ４０によって表示される像がカメラ５０に映らないように、ディスプレイ４０およびカメラ５０の位置関係、視野角の大きさ等を調節し、時分割処理を不要とすることもできる。
【０１０３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば上記実施形態では、ボケ補償システムにおける第３の光学素子としてレンズを用いた構成について説明したが、第３の光学素子として拡散スクリーンを用いることもできる。
【０１０４】
図９に示されるボケ補償システム１Ｃは、ボケ補償システム１（図１）と比較して、映像提示システム１Ａ（図７）と比較して、レンズ３０に代えてスクリーン３５を含む点において相違する。ボケ補償システム１Ｃは、プロジェクタ４５をさらに含んでもよい。
【０１０５】
プロジェクタ４５は、像の光をミラー１０に向かって出力（投影）する。プロジェクタ４５からの像の光は、拡散スクリーン等の光を拡散させる要素に投影されてはじめて像を結ぶものである点で、ディスプレイ４０からの像の光と相違する。
【０１０６】
スクリーン３５は、ミラー１０とミラー２０との間の光の光軸上に配置され、ミラー１０によって反射される光の方向を変更させる。図９に示される例では、スクリーン３５は、スクリーン３５の背面がミラー１０に対向するように配置される。この例では、スクリーン３５は、背面でミラー１０からの光を受け、前面に像を表示する背面型の拡散スクリーンであり、透過型の光学素子である。
【０１０７】
スクリーン３５による像の光の方向の変更については、ボケ補償システム１（図１）におけるレンズ３０と同様の原理によって説明される。実際にスクリーン３５によって表示される像は、無数の光点によって構成され、かつ、各光点から複数の方向に光が拡散して進む。先に図１および図２を参照して説明した場合と同様、理解を容易にするため、図９においては、スクリーン３５において構成する一つの光点を通る光の光路が示される。さらに理解を容易にするため、図９において、図１と同様に、像の光の光路には光路Ｌの符号を付している。特定波長の光の光路には光路Ｌ２の符号を付し、短波長側波長の光の光路および長波長側波長の光の波長の光路には、光路Ｌ１および光路Ｌ３の符号をそれぞれ付している。ミラー１０での特定波長の光の入射位置において、特定波長の光の反射角と短波長側の光の反射角との差が、角度α１２として図示される。特定波長の光の反射角と短波長側波長の光の反射角との差が、角度α１２として図示される。ミラー２０での特定波長の光の入射位置において、特定波長の光の入射角と短波長側波長の光の入射角との差が、角度β１２として図示される。特定波長の光の入射角と長波長側波長の光の入射角との差が、角度β３２として図示される。
【０１０８】
スクリーン３５は、ミラー１０によって反射される像の光のうち周辺波長の光が、ミラー２０での特定波長の光の出射位置から特定波長の光と同じ方向に出射されるように、ミラー１０によって反射される像の光の方向を変更させる。ミラー１０およびミラー２０が実質的に同じ光学特性を有する場合、スクリーン３５は、ミラー１０とミラー２０との間の中間の位置に配置される。
【０１０９】
具体的に、スクリーン３５は、角度β１２および角度β３２が角度α１２および角度α３２とそれぞれ一致するように、ミラー１０によって反射される像の光の方向（つまり光路Ｌ１および光路Ｌ３）を変更させる。
【０１１０】
このように、スクリーン３５によっても、先に図１等を参照して説明したレンズ３０と同様に、ミラー１０によって反射される像の光の方向が変更される。したがって、ミラー１０によって生じたボケがスクリーン３５およびミラー２０によって補償される。ユーザＵに提示される像では、ボケが補償されている。
【０１１１】
ボケ補償システム１Ｃでは、ミラー１０には、所定の位置に設けられたプロジェクタ４５によって出力される像の光が入射し、第３の光学素子は、スクリーン３５（拡散スクリーン）である。この場合、スクリーン３５によって像の光に基づく実像を作ることができるので、スクリーン３５からプロジェクタ４５側の光軸上に、たとえば上述のディスプレイ４０のような像の光に基づく実像を作るための要素を設ける必要がない。
【０１１２】
以上では、第１の光学素子として反射型の光学素子であるミラー１０が用いられる例について説明したが、第１の光学素子として透過型の光学素子が用いられてもよい。
【０１１３】
図１０に示されるボケ補償システム１Ｄは、ボケ補償システム１Ｃ（図９）と比較して、ミラー１０に代えて透過型回折格子１０Ｄを含む点、およびプロジェクタ４５の配置が異なる点において相違する。
【０１１４】
透過型回折格子１０Ｄは、プロジェクタ４５からの像の光を背面で受け、前面から像の光を出射させる。透過型回折格子１０Ｄは、特定波長の光を入射角と出射角とが異なるように透過させる。透過型回折格子１０Ｄは、ＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子であり、周辺波長の光も、特定波長の光の出射角からずれた出射角で出射する。ボケ補償システム１Ｄでは、透過型回折格子１０Ｄおよびミラー２０は、透過型回折格子１０Ｄにおける特定波長の光の入射角および出射角の関係と、ミラー２０における特定波長の光の入射角および出射角の関係とが実質的に等しくなる光学特性を有する。
【０１１５】
プロジェクタ４５は、ユーザＴの像の光を、透過型回折格子１０Ｄの背面に向かって出力する。
【０１１６】
ボケ補償システム１Ｄによれば、たとえば透過型回折格子１０Ｄの後方にプロジェクタ４５を配置することができるという点において、システム設計の自由度が向上する。
【０１１７】
上述のような透過型回折格子１０Ｄを用いたシステム構成においても、カメラ５０を用いてユーザＵを撮影することができる。たとえば図１１に示されるボケ補償システム１Ｅは、ボケ補償システム１Ｄ（図１０）と比較して、ミラー２０に代えてミラー２０Ｅを含む点、およびさらにレンズ３０、カメラ５０、ミラー９０を含む点において相違する。
【０１１８】
ミラー２０Ｅは、プロジェクタ４５からの像の光をユーザＵに向かって反射させるとともに、ユーザＵの像をレンズ３０に向かって反射させるという２通りの反射特性を有する。ミラー２０Ｅは、たとえば、ＨＯＥを二重露光させたり、異なる反射特性を有する２枚のミラーを重ね合わせたりすることによって作られる。図１１に示される例では、ミラー２０Ｅは、重ね合された２枚のミラー２１およびミラー２２を含む。
【０１１９】
たとえば、ミラー２１は、プロジェクタ４５によって出力される像の光を反射させる一方で、その像の光の波長以外の波長の光を透過させるように設計される。この場合、ミラー２１は、ミラー１０と実質的に同じ光学特性を有するように設計される。ミラー２１は、プロジェクタ４５からの像の光をユーザＵに向かって反射させる。これまでに説明したボケ補償の原理により、ミラー１０によって生じるボケが補償されるので、ユーザＵに提示される像では、ボケが補償されている。
【０１２０】
一方で、ミラー２２は、プロジェクタ４５によって出力される像の光の波長以外の少なくとも一部の波長の光を反射させるように設計される。ミラー２２によって反射される光の波長には、ユーザＵの像を構成する光の波長の少なくとも一部が含まれる。したがって、ミラー２２は、ユーザＵの像をレンズ３０に向かって反射させる。
【０１２１】
レンズ３０は、スクリーン３５とは異なる位置に配置される。たとえば、レンズ３０は、レンズ３０およびスクリーン３５がミラー２０の法線に対して軸対象に配置されるように、スクリーン３５の上方に配置される。レンズ３０は、ミラー２２によって反射された光を、ミラー９０に入射させる。
【０１２２】
ミラー９０は、ＤＯＥ、ＨＯＥ等の光学素子である。ミラー２２およびミラー９０は、実質的に同じ光学特性を有するように設計される。ミラー９０は、レンズ３０からの光をカメラ５０に向かって反射させる。ミラー２２によって反射され、レンズ３０を通り、ミラー９０に至る光の光路のうち、特定波長の光の光路を光路Ｌ２´、短波長側波長の光の光路をＬ１´、長波長側波長の光の光路を光路Ｌ３´とすると、これまでに説明したボケ補償の原理により、各光路Ｌ１´〜Ｌ３´は、ミラー９０とカメラ５０との間で一致するので、ミラー２２によって生じるボケが補償される。したがって、カメラ５０によって撮影される像では、ボケが補償されている。
【０１２３】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、当業者にとっては、本実施形態が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本実施形態は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本実施形態に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【０１２４】
本明細書で「第１の」、「第２の」などの呼称を使用した場合においては、その要素へのいかなる参照も、それらの要素の量または順序を全般的に限定するものではない。これらの呼称は、２つ以上の要素間を区別する便利な方法として本明細書で使用され得る。したがって、第１および第２の要素への参照は、２つの要素のみがそこで採用され得ること、または何らかの形で第１の要素が第２の要素に先行しなければならないことを意味しない。
【０１２５】
「含む（include）」、「含んでいる（including）」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える(comprising)」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。
【０１２６】
本明細書において、文脈または技術的に明らかに1つのみしか存在しない装置である場合以外は、複数の装置をも含むものとする。
【０１２７】
本開示の全体において、文脈から明らかに単数を示したものではなければ、複数のものを含むものとする。
【符号の説明】
【０１２８】
１、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…ボケ補償システム、１Ａ、１Ｂ…映像提示システム、１０、２０、２１、２２、９０…ミラー、１５…ハーフミラー、３０…レンズ、３５…スクリーン、４０…ディスプレイ、４５…プロジェクタ、５０…カメラ、６０…マイク、７０…スピーカ、８０…制御装置。
【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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