(57)【要約】【課題】空間に配置された三次元画像の表面から視点の視差情報を含む視点画像を構成する光線が発せられるように、該視点画像を構成する光線を制御し結像させる手段を備え、結像手段のそれぞれに対応して二次元平面に複数の視差情報を含む視点画像を配置した投影型三次元表示装置において、保持されたスクリーンが揺れ、投影画像とレンズアレイのアライメントが取れなくなることを防止し、臨場感を与えることができる立体像表示装置の実現及びそれを実現する振動制御方法の提供を目的とする。【解決手段】視点画像の集合画像を結像させるためのスクリーンを配置し、スクリーンの揺れの検知手段と、スクリーンに投影した該視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御する手段を設けた。【選択図】図１
2007101929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に配置された三次元画像の表面から視点の視差情報を含む視点画像を構成する光線が発せられるように、該視点画像を構成する光線を制御し結像させる手段を備え、結像手段のそれぞれに対応して二次元平面に複数の視差情報を含む視点画像を配置した投影型三次元表示装置において、光線を制御し結像させる手段の直後に、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を投影する手段と、該視点画像の集合画像を結像させるためのスクリーンを配置して、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を配置する手段とし、スクリーンの揺れの検知手段と、スクリーンに投影した該視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御する手段を設けたことを特徴とする投影型三次元表示装置。
【請求項２】
前記スクリーンの揺れの検知手段として角速度センサーを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項３】
前記スクリーンの揺れの検知手段として加速度センサーを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項４】
前記スクリーンの揺れの検知手段として撮像デバイスを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項５】
前記スクリーンの揺れの検知手段として、スクリーンに光を反射させて、反射光の揺れを検知する手段を用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項６】
前記適正な位置に補正制御する手段は、集合画像を投影する手段の画像切り出し位置を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項７】
前記適正な位置に補正制御する手段は、アクチュエータにより集合画像を投影する手段の投影位置を制御し、投影画像を補正するものであることを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項８】
前記適正な位置に補正制御する手段は、光学的手段により集合画像を投影する手段の投影位置を制御し、投影画像を補正するものであることを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項９】
前記視点の画像情報を含む要素画像が発せられるように制御結像させる手段としてピンホールアレイを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１０】
前記視点の画像情報を含む要素画像が発せられるように制御結像させる手段として凸レンズアレイを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１１】
前記視点の画像情報を含む要素画像が発せられるように制御結像させる手段としてレンチキュラレンズアレイを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１２】
前記視点の画像情報を含む要素画像が発せられるように制御結像させる手段としてホログラムレンズアレイを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１３】
前記投影する手段として透過型液晶を用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１４】
前記投影する手段として反射型液晶を用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１５】
前記投影する手段としてデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１６】
前記投影する手段として有機ＥＬ発光体アレイを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１７】
前記投影する手段の光源としてＬＥＤを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１８】
前記投影する手段の光源として有機ＥＬを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項１９】
前記投影する手段の反射型液晶として反射型垂直配向液晶投影素子を用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項２０】
前記スクリーンと前記光線を制御結像させる手段を一体化したことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項２１】
前記スクリーンの透過率の制御を環境の明るさにより変更できる液晶スクリーンを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項２２】
前記スクリーンの揺れの検知手段として撮像デバイスを用いたときに、画像処理により撮像デバイスによってとらえた画面のオプティカルフローを検出し、揺れ方向と振幅を検知することを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【請求項２３】
前記スクリーンの揺れの検知手段として、スクリーンに光を反射させて、反射光の揺れを検知する手段を用いたときに、スクリーンに反射させる光の光軸に対してある角度をもった断面画がクサビ形の反射板を用い、反射してきた光の位置を感知する手段として二次元のポジショニングセンサーを用いたことを特徴とする請求項１に記載の投影型三次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、などで使われる三次元表示を可能にする投影型三次元表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、古くから、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眼それぞれ違うレンズを用いて見るステレオスコープ、赤と青の色違いの両眼視差絵を赤青メガネを通して画像を見るアナグリフ方式がある。しかし、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、メガネのいら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、所謂、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表示装置では、右眼位置から右眼画像が、左眼位置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。従って、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課題がある。従って、長時間、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と、空間の定位置に、右眼位置と左眼位置を固定する必要がある。
【０００４】
水平方向の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も考案されているが、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。
【０００５】
近年、これらの課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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
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つのピンホール又はレンズの中に異なる視差画像を点を配置する必要がある。例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で１００画像必要となる。従って、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課題が有る。
【０００７】
このような、解像度の低下を防ぐ為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。
【０００８】
この為、立体感と解像度を保持して、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。近来、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のピンホール又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しようとすると、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。
【０００９】
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きた。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た。従って、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容易になる。従来、投影型の例としては、特願２００２−７９９３０に示される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。
【特許文献１】特開２００１−２７５１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この様な、プロジェクションタイプの立体表示装置に於いて、例えば、分解能１ｍｍつまり直径１ｍｍのピンホール又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表示範囲に表示する場合、１視差の解像は０．１ｍｍとなり画素ピッチは２５４ｄｐｉ（ドット／インチ）となる。従って、投影画像とレンズアレイのアライメント誤差も０．１ｍｍ以下にする必要がある。投影画像とレンズアレイのアライメント誤差が大きくなるとレンズにより空間に結像される像の歪みが大きくなり、結果として表示画像のコントラストが低下する為、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くなる。
【００１１】
しかし、プロジェクションタイプの立体表示装置では、投影装置とスクリーンを完全に静止させることは、きわめて困難であり、一般的に設置場所の振動で保持されたスクリーンが振動し、投影装置で投影した投影画像が振動し、投影画像とレンズアレイのアライメントが取れなくなる。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、スクリーンの揺れを検知し、その検知結果を元にして視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御する手段を設けることによって、表示画像のコントラストが向上し、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可能な投影型三次元表示装置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】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明の投影型三次元表示装置は、空間に配置された三次元画像の表面から視点の視差情報を含む視点画像を構成する光線が発せられるように、該視点画像を構成する光線を制御し結像させる手段を備え、結像手段のそれぞれに対応して二次元平面に複数の視差情報を含む視点画像を配置した投影型三次元表示装置において、光線を制御し結像させる手段の直後に、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を投影する手段と、該視点画像の集合画像を結像させるためのスクリーンを配置して、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を配置する手段とし、スクリーンの揺れの検知手段と、スクリーンに投影した該視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御する手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、スクリーンの揺れを検知し、その検知結果を元にして視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御することによって、投影画像とレンズアレイのアライメント誤差を０．１ｍｍ以下とすることができる。その結果として、表示画像のコントラストが向上し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の投影型三次元表示装置は、空間に配置された三次元画像の表面から視点の視差情報を含む視点画像を構成する光線が発せられるように、該視点画像を構成する光線を制御し結像させる手段を備え、結像手段のそれぞれに対応して二次元平面に複数の視差情報を含む視点画像を配置した投影型三次元表示装置において、光線を制御し結像させる手段の直後に、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を投影する手段と、該視点画像の集合画像を結像させるためのスクリーンを配置して、複数の視差情報を含む視点画像の集合画像を配置する手段とし、スクリーンの揺れの検知手段と、スクリーンに投影した該視点画像の集合画像を適正な位置に補正制御する手段を設けた。
【００１６】
これにより、投影装置とスクリーンを完全に静止させて、設置場所の振動で保持されたスクリーンが振動し、投影画像とレンズアレイのアライメントが取れなくなることを防止し、臨場感を与えることができる立体像表示装置を実現した。
【００１７】
本発明においては、前記スクリーンの揺れの検知手段として、角速度センサー、加速度センサー、撮像デバイスを用いることができ、また、スクリーンに光を反射させて、反射光の揺れを検知する手段を用いることができる。
【００１８】
本発明においては、前記適正な位置に補正制御する手段は、集合画像を投影する手段の画像切り出し位置を制御するもの、集合画像を投影する手段の画像切り出し位置を制御するもの、アクチュエータにより集合画像を投影する手段の投影位置を制御し、投影画像を補正するもの、光学的手段により集合画像を投影する手段の投影位置を制御し、投影画像を補正するものとすることができる。
【００１９】
本発明においては、前記視点の画像情報を含む要素画像が発せられるように制御結像させる手段として、ピンホールアレイ、凸レンズアレイ、レンチキュラレンズアレイ、ホログラムレンズアレイを用いることができる。
【００２０】
本発明においては、前記投影する手段として、透過型液晶、反射型液晶、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、有機ＥＬ発光体アレイ、ＬＥＤを用いることができる。
【００２１】
本発明においては、前記投影する手段の光源として有機ＥＬを用いることができる。
【００２２】
本発明においては、前記投影する手段の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ができる。
【００２３】
本発明においては、前記スクリーンと前記光線を制御結像させる手段を一体化することができる。
【００２４】
本発明においては、前記スクリーンの透過率の制御を環境の明るさにより変更できる液晶スクリーンを用いることができる。
【００２５】
本発明においては、前記スクリーンの揺れの検知手段として撮像デバイスを用いたときに、画像処理により撮像デバイスによってとらえた画面のオプティカルフローを検出し、揺れ方向と振幅を検知することを特徴とする。ここで、オプティカルフローとは、画面上の各点の速度場を意味する。
【００２６】
本発明においては、前記スクリーンの揺れの検知手段として、スクリーンに光を反射させて、反射光の揺れを検知する手段を用いたときに、スクリーンに反射させる光の光軸に対してある角度をもった断面画がクサビ形の反射板を用い、反射してきた光の位置を感知する手段として二次元のポジショニングセンサーを用いたことを特徴とする。
【００２７】
（実施の形態１）
以下に、本発明の投影型三次元表示装置を、その実施の形態に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態１を示した説明図である。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としては日本ビクター株式会社のＤ−ＩＬＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｒｉｖｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が使用できる。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、画像情報を付加される。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。
【００２９】
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、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。結像された投影画像はインレ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為、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。
【００３０】
ここで、インテグラルフォトグラフィ方式を詳細に説明する。図２にインテグラルフォトグラフィ方式の原理を示す。図２はインテグラルフォトグラフィ方式の説明図である。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の焦点位置にフィルムを置きそのフィルムの表面にハエの目状の凸レンズ１２毎の画像を記録し、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１２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る。
【００３１】
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結像点１３に結像するため、観察者は実際に結像点１３から光線１４が発生して、観察者の瞳１５に入射する事により、三次元再生画像１６が再生される。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、三次元再生画像１６を安定して見る事ができる。
【００３２】
図１の本発明の投影型三次元表示装置で用いる光源１としては、ハロゲンランプを使用している。その他の光源としては各色のＬＥＤや有機ＥＬ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として最適である。
【００３３】
本発明の凸レンズ１２は直径が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出来る。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事が難しくなる。データ処理時間とのトレードオフになるが、出来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。
【００３４】
結像スクリーン６の揺れの検知手段として結像スクリーン６上に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の角速度を測定するために、例えばコリオリの力を応用した角速度センサー１７を設けた。角速度センサー１７が、結像スクリーン６の揺れを検知すると、その信号が、スクリーン揺れ検知回路１８で検知され、揺れの方向と揺れの振幅強度を計算し、その結果を視点画像の集合画像位置補正制御回路１９に伝える。視点画像の集合画像位置補正制御回路１９は、揺れの方向と揺れの振幅強度のデータより適切な補正信号を出力する。出力された信号は補正用レンズ２０を動かす為の位置制御部２１に伝わり、補正レンズ２０を投影光軸に対し、垂直な面方向に移動させる。
【００３５】
図３に基づいて、本発明のレンズの一部を動かして光線調整する光学的手段の説明図を説明する。
【００３６】
投影デバイス４からの画像情報が投影レンズ５を通って結像スクリーン６に投射され、インテグラルフォトグラフィ方式のレイトレイス画像２２が凸レンズアレイ７を通して空間に結像されているとき、結像スクリーン６が外部振動により、外部振動による揺れ方向２３に揺れると、凸レンズアレイ７とレイトレイス画像２２のアライメントがずれるため、画質が低下する。このアライメントずれを補正する為、結像スクリーン６に取り付けた角速度センサー１７により揺れ方向と振幅を検知し、スクリーン揺れ検知回路１８及び視点画像の集合画像位置補正制御回路１９を経て、位置制御部２１により補正用レンズ２０を補正レンズ位置制御方向２４に動かす。この動作により、凸レンズアレイ７とレイトレイス画像２２のアライメントがずれた状態の制御の無い光線２５から、制御された状態の光線２６に光線を変化させることができる。これにより、レイトレイス画像２２が制御方向２７に移動する為、凸レンズアレイ７とレイトレイス画像２２のアライメントが補正される。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る投影型三次元表示装置について説明する。
【００３８】
図４は本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態２を示した説明図である。図４で、光源１より発せられた光２は、コンデンサレンズ２８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透過型投影デバイス２９に入射する。透過型投影デバイス２９としては透過型の液晶が使用できる。透過型投影デバイス２９に入射した光は透過型投影デバイス２９内部で投影画像情報により変調され、画像情報を付加される。変調された光は、投射レンズ５を通り、プリズム３０で投影角が変更され、結像スクリーン６に投射され、投影画像３１が結像される。投影画像３１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を結像することが出来る。プリズム３０を通過する事により、投影面が変更されるため、立体再生装置の設計の自由度を大きくとることができる。
【００３９】
図４の本発明の投影型三次元表示装置で用いる光源１としては、白色ＬＥＤを使用している。その他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。
【００４０】
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出来る。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事が難しくなる。データ処理時間とのトレードオフになるが、出来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。
【００４１】
結像スクリーン６の揺れの検知手段として、結像スクリーン６に取り付けた撮像素子３２により周囲の画像を取り込み、スクリーン揺れ検知回路１８で、時系列的に画像処理を行なう事により、各画素毎の速度場、所謂、オプティカルフローを検出し、統計的に処理した後、結像スクリーン６全体の揺れの方向と振幅を算出する。
【００４２】
その結果を視点画像の集合画像位置補正制御回路１９に伝える。視点画像の集合画像位置補正制御回路１９は、揺れの方向と揺れの振幅強度のデータより適切な補正信号を出力する。出力された信号は透過型投影デバイス２９を動かす為の位置制御手段３３に伝わり、透過型投影デバイス２９を投影光軸に対し、垂直な面方向に移動させる。
【００４３】
この動作により、凸レンズアレイ７と投影画像のアライメントがずれた状態の無い光線に光線を変化させることができる。これにより、レイトレイス画像３１がスクリーンが揺れた方向に移動する為、凸レンズアレイ７と投影画像３１のアライメントが補正される。
【００４４】
この結果、投影装置とスクリーンのミスアライメントを防止し、設置場所の振動で保持されたスクリーンが振動し、投影画像とレンズアレイのアライメントが取れなくなることを防止し、臨場感を与えることができ、更に、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。
【００４５】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る投影型三次元表示装置について説明する。
【００４６】
図５は本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態３を示した説明図である。
【００４７】
図５で、光源１より発せられた光２は、コンデンサレンズ２８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透過型投影デバイス２９に入射する。透過型投影デバイス２９としては透過型の液晶が使用できる。透過型投影デバイス２９に入射した光は、透過型投影デバイス２９内部で投影画像情報により変調され、画像情報を付加される。変調された光は、投射レンズ５を通り、結像スクリーン６に投射され、投影画像が結像される。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２２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。
【００４８】
図５の本発明の投影型三次元表示装置で用いる光源１としては、白色ＬＥＤを使用している。その他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。
【００４９】
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出来る。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事が難しくなる。データ処理時間とのトレードオフになるが、出来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。
【００５０】
結像スクリーン６の揺れの検知手段は、指向性の有る光源３４より指向性の有る光を入射光３５として、結像スクリーン６上のクサビ型反射板３６に光を反射させて、反射光３７の揺れを検知する手段を用いており、図５に示すように、結像スクリーン６に反射させる光の光軸に対してある角度をもった断面画がクサビ型である反射板３６を用い、反射してきた光の位置を感知する手段として、二次元のポジショニングセンサー３８を用いた。二次元のポジショニングセンサー３８としては浜松ホトニクス株式会社の二次元の位置検出素子（ＰＳＤ）が使用できる。
【００５１】
図５のクサビ型反射板３６と入射光３５、反射光３７の関係を示す拡大図において、実線で示したクサビ型反射板３６の位置の入射光３５に対する反射光３７の二次元のポジショニングセンサー３８の位置に対して、結像スクリーン６が揺れにより移動した後の点線で示したクサビ型反射板３９の位置で反射した、移動した後のクサビ型反射板の位置で反射した反射光４０の二次元のポジショニングセンサー３８への到達位置は、結像スクリーン６の移動距離と相関を持っているため、前以て計算された式により、結像スクリーン６の移動距離を測定することが可能となる。
【００５２】
図６に本発明のクサビ型反射板の形状を示した説明図を示す。三次元の移動距離を反射位置により計測する為に、独立な２方向に対してクサビ構造を持つ必要があるため、例えば図６で示したようにＸ軸方向の形状４１、Ｙ軸方向の形状４２ともに同様の傾斜を持った反射板を作る必要が有る。
【００５３】
図７に基づいて、本発明のクサビ型反射板と投影デバイスにより光線調整する原理の説明図を説明する。
【００５４】
最初、静止状態の結像スクリーン６に取り付けたクサビ型反射板３６からの反射光３７のスポット４３位置は、二次元のポジショニングセンサー３８の中央に位置している。この状態で透過型投影デバイス２９は図７に示すように、デバイスの周りに非表示領域を残した中央の領域４４を使用して、レイトレイス画像２２を結像スクリーン６に投影している。結像スクリーン６及び凸レンズアレイ７が揺れて位置が変わると、中央に元あったスポット４５から揺れ方向４６に移動し、新たなスポット４７を形成する。この位置を二次元のポジショニングセンサー３８で検知し、予め、揺れ方向４６と相関を取っているベクトル方向４８の位置にデバイスの周りに非表示領域を残した中央の領域４４を移動し、修正された表示領域４９とする。
【００５５】
この結果、投影装置とスクリーンのミスアライメントを防止し、設置場所の振動で保持されたスクリーンが振動し、投影画像とレンズアレイのアライメントが取れなくなることを防止し、臨場感を与えることができ、更に、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る。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に関わる立体像再生装置は、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、などで使われる三次元表示、立体像再生装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態１を示した説明図
【図２】インテグラルフォトグラフィ方式の説明図
【図３】本発明のレンズの一部を動かして光線調整する光学的手段の説明図
【図４】本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態２を示した説明図
【図５】本発明の投影型三次元表示装置の実施の形態３を示した説明図
【図６】本発明のクサビ型反射板の形状を示した説明図
【図７】本発明のクサビ型反射板と投影デバイスにより光線調整する原理の説明図
【符号の説明】
【００５８】
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    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    角速度センサー
１８    スクリーン揺れ検知回路
１９    視点画像の集合画像位置補正制御回路
２０    補正用レンズ
２１    位置制御部
２２    レイトレイス画像
２３    外部振動による揺れ方向
２４    補正レンズ位置制御方向
２５    ずれた状態の制御の無い光線
２６    制御された状態の光線
２７    制御方向
２８    コンデンサレンズ
２９    透過型投影デバイス
３０    プリズム
３１    投影画像（レイトレイス画像）
３２    撮像素子
３３    位置制御手段
３４    指向性の有る光源
３５    入射光
３６    クサビ型反射板
３７    反射光
３８    二次元のポジショニングセンサー
３９    揺れにより移動した後のクサビ型反射板
４０    移動した後のクサビ型反射板の位置で反射した反射光
４１    Ｘ軸方向の形状
４２    Ｙ軸方向の形状
４３    スポット
４４    デバイスの周りに非表示領域を残した中央の領域
４５    中央に元あったスポット
４６    揺れ方向
４７    新たなスポット
４８    相関を取っているベクトル方向
４９    修正された表示領域
【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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