(57)【要約】【課題】  複数の投影素子やそれらから投射される光路を適切に配置させて、高画質の立体画像を生成することができる立体画像表示装置を提供すること。【解決手段】  立体画像表示装置２０では、第１の投影素子群３の投影素子３ａの投射光１２ａと、第２の投影素子群５の投影素子群５の投射光１５のそれぞれの光路が重なるように、ミラーＭ３及びＭ４がそれぞれ配置されている。これにより、スクリーン１または観察者１０１の眼に表示される各投影素子群３、５及び７による画像ピッチ、あるいは光軸同士のピッチを極力小さくすることができる。【選択図】図１２
2007024977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体画像を表示するために、第１の方向に第１の光を投射する複数の第１の投影素子でなる第１の投影素子群と、
前記第１の方向とは異なり、前記第１の光に向かうような第２の方向に第２の光を投射する複数の第２の投影素子でなる第２の投影素子群と、
前記第１の光を透過させることが可能なミラーを有し、前記第２の光を前記ミラーで反射させることで、前記第２の光による画像を表示するための光学系と
を具備することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記第１の光は第１の光路長を有し、
前記第２の光は、前記第１の光路長とほぼ同じ第２の光路長を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記第１の光の第１の光軸と、前記第１の光軸から最も近い前記第２の光の第２の光軸との距離が、前記第１の光軸同士の距離より小さくなるように、前記各第１及び第２の投影素子が配置されていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記第１の方向と前記第２の方向とはほぼ直角であり、
前記ミラーによる前記第２の光の反射角がほぼ４５°であることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記第１の光の光軸を挟むように、前記第２の投影素子群と対向して配置された第３の投影素子群をさらに具備することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記各第１の投影素子の各第１の光のうち、前記ミラーを透過する前記第１の光は、第１の光量を有し、
前記ミラーを全反射する前記第２の光は、前記第１の光量より低い第２の光量を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記各第１の投影素子の各第１の光のうち、前記ミラーを透過する前記第１の光は、第１の光量を有し、
前記各第１の光のうち、前記ミラーで遮られない第１の光は、前記第１の光量より低い第２の光量を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の立体画像表示装置であって、
前記各第１の投影素子は、前記画像のカラー表示をするための複数の光源をそれぞれ有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の立体画像表示装置であって、
前記各第１の投影素子は、前記第１の方向にほぼ垂直な面内で第３の方向に最大となる筐体をそれぞれ有し、
前記面内で前記第３の方向にほぼ直交する方向に前記各第１の投影素子がずれて配置されていることを特徴とする立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体の静止画像や動画像を投影して表示する立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光を投射して画像を生成し、スクリーン等に表示するプロジェクタがある。一般的に、プロジェクタは白色ランプを光源とし、この白色ランプから発せられた光を例えば液晶等の変調素子で変調して画像を生成し、各種のレンズを用いてその生成された画像をスクリーン等に投影する。また、上記液晶素子が複数設けられ、あるいはプロジェクタ自体が複数設けられ、それぞれの液晶素子やプロジェクタで視差のある画像を生成して投射レンズにより投射させることにより、立体画像を表示する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、立体画像を投影できる表示装置も提案されている。この表示装置は、例えば、多視点で撮像された画像情報を含む光を投射する第１の発光面と、第１の発光面から所定距離だけ離れた第２の発光面とを有し、第２の発光面は、２次元的に配置された画素でなる。第１の発光面から第２の発光面に向けて光が投射されることで、観察者は、その第２の発光面上で生成された立体画像を見ることができる（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２では、側部に配置されたミラーにより第１の発光面（発光点Ｓ１、Ｓ２、・・・）からの光が反射されて第２の発光面（画素Ｐ１、Ｐ２、・・・）に入射される、という装置も開示されている（特許文献２の図９参照）。これにより、発光点Ｓ１、Ｓ２・・・のピッチを小さくすることができる。
【特許文献１】特開２００２−２５８２１５号公報（図４）
【特許文献２】特表２０００−５０９５９１号公報（図１、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現実的には、上記発光点は有限の大きさがあるため、その配列の仕方を工夫する必要がある。発光点及び画素が多いほど、高画質、高精細な画像が得られる。したがって、発光点がプロジェクタである場合には、如何にしてそのプロジェクタを数多く並べて配置させるか、あるいは、如何にして各プロジェクタから投射される光路を配置させるかが重要な課題となってくる。
【０００５】
また、高画質、高精細で、自然な立体画像を表示するためには、各プロジェクタからそれぞれ投射される個々の画像同士のずれ量や、各プロジェクタの光軸同士のピッチを極力小さくする必要がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、複数の投影素子やそれらから投射される光路を適切に配置させて、高画質の立体画像を生成することができる立体画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る立体画像表示装置は、立体画像を表示するために、第１の方向に第１の光を投射する複数の第１の投影素子でなる第１の投影素子群と、前記第１の方向とは異なり、前記第１の光に向かうような第２の方向に第２の光を投射する複数の第２の投影素子でなる第２の投影素子群と、前記第１の光を透過させることが可能なミラーを有し、前記第２の光を前記ミラーで反射させることで、前記第２の光による画像を表示するための光学系とを具備する。
【０００８】
第１及び第２の投影素子自体を小さくすることには限界があるので、本発明では、反射光学系を用いて第２の光を反射させて表示させるようにしている。これにより、表示される各第１及び第２の投影素子による画像同士のずれ量（画像ピッチ）を極力小さくすることができ、高画質、高精細な立体画像を表示することができる。その上、本発明では、第２の投影素子群が投射する第２の光が、第１の投影素子群が投射する第１の光に向かうように当該第１及び第２の投影素子群が配置されている。すなわち、反射光学系がミラーを有する場合、そのミラーは、第１及び第２の投影素子群の内側に配置されるようになるため、第１及び第２の光の光路を密にすることができる。光路が密になることにより、立体画像表示装置の小型化を実現できる。さらに、ミラーは第１の光を透過する、すなわちハーフミラーであるので、ミラーを第１の光の光路上に配置することができる。これにより、立体画像表示装置の小型化を実現することができる。
【０００９】
反射光学系は、ミラーのほかにもレンズ等の光学部材を有していてもよい。例えば光学部材とは、第２の光を適切に表示面に表示するために必要な光学部材である。
【００１０】
高画質、高精細で、自然な立体画像を得るため、第１の投影素子同士のピッチ、または第２の投影素子同士のピッチを極力密にすることが好ましい。
【００１１】
本発明において、前記第１の光は第１の光路長を有し、前記第２の光は、前記第１の光路長とほぼ同じ第２の光路長を有している。これにより、第２の光は、あたかも第１の投影素子群と同じ方向から投射されるかのうようになる。これにより、第１の投影素子群による画像光と同じ投影距離にするための、第２の投影素子群による画像データ上の補正や画像処理等も不要となる。あるいは、第１の投影素子群による画像光と同じ投影距離にするための、第１の投影素子と異なる構成の光学系等を第２の投影素子に持たせる必要もなくなる。投影距離とは、各第１の投影素子群から観察者の眼までの距離、またはスクリーン等がある場合、各第１の投影素子群からスクリーンまでの距離である。したがって、第１及び第２の投影素子の光学系等の構成を同じにすることができ、立体画像表示装置の生産性が向上する。
【００１２】
つまり、本発明の特徴は、第２の光が、あたかも第１の投影素子群と同じ方向から投射されるようになるにもかかわらず、上記のようにデータ上の補正も要らず、また、異なる光学系等も用いずに、実際に第１及び第２の投影素子群が同じ方向から投影する場合よりも、それら各投影素子同士のピッチ（各光軸同士のピッチ）を小さくすることができる、というところにある。
【００１３】
すなわち、前記第１の光の第１の光軸と、前記第１の光軸から最も近い前記第２の光の第２の光軸との距離が、前記第１の光軸同士の距離より小さくなるように、前記各第１及び第２の投影素子を配置することができる。
【００１４】
本発明において、前記第１の方向と前記第２の方向とはほぼ直角であり、前記反射光学系による前記第２の光の反射角がほぼ４５°である。これにより、単純な構成で立体画像表示装置を実現することができる。
【００１５】
本発明において、当該立体画像表示装置は、前記第１の光の光軸を挟むように、前記第２の投影素子群と対向するように配置された第３の投影素子群をさらに具備する。これにより、投影素子の数が増え、さらに高画質、高精細な立体画像を表示することができる。
【００１６】
本発明において、前記各第１の投影素子の各第１の光のうち、前記ミラーを透過する前記第１の光は、第１の光量を有し、前記ミラーを全反射する前記第２の光は、前記第１の光量より低い第２の光量を有する。これにより、例えばミラーの透過率に応じて、適宜第１及び第２の光量が設定されれば、最終的に表示される第１及び第２の光の光量をほぼ同じにすることができる。しかしながら、最終的な光量が必ずしも同じでなくてもよく、第１の光量より第２の光量が低ければよい。
【００１７】
本発明において、前記各第１の投影素子の各第１の光のうち、前記ミラーを透過する前記第１の光は、第１の光量を有し、前記各第１の光のうち、前記ミラーで遮られない第１の光は、前記第１の光量より低い第２の光量を有するようにしてもよい。
【００１８】
本発明において、前記各第１の投影素子は、前記画像のカラー表示をするための複数の光源をそれぞれ有する。本発明は、１つの第１の投影素子が複数の光源を有する、という意味である。本発明は、第１の投影素子だけでなく、上記第２または第３の投影素子についても適用可能である。光源としては、例えばランプ、またはダイオード等が挙げられる。このような複数の光源を有する場合、光源が１つの場合に比べ、第１（または第２）の投影素子の大きさが大きくなるが、下記のようにして投影素子を密に並べることができる。
【００１９】
すなわち、前記各第１の投影素子は、前記第１の方向にほぼ垂直な面内で第３の方向に最大となる筐体をそれぞれ有し、前記面内で前記第３の方向にほぼ直交する方向に前記各第１の投影素子がずれて配置されている。これにより、第１の投影素子同士のピッチを極力密にすることができる。本発明は、第１の投影素子だけでなく、上記第２または第３の投影素子についても適用可能である。
【００２０】
本発明の他の観点に係る立体画像表示装置は、立体画像を表示するために、第１の方向に第１の光を投射する複数の第１の投影素子でなる第１の投影素子群と、前記第１の方向とは異なり、前記第１の光に向かうような第２の方向に第２の光を投射する複数の第２の投影素子でなる第２の投影素子群と、前記画像を表示するために、前記第２の光を前記第１の方向に反射させる反射光学系とを具備する。
【００２１】
本発明において、前記反射光学系は、前記第１の光を遮らない位置に配置されたミラーを有するようにしてもよい。上述のように、ハーフミラーを用いる場合は、第１及び第２の光の光量を調整することを必要とする場合があるが、本発明ではそのような調整は必要なく、単純な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、高精細、高画質で自然な立体画像を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る立体画像表示装置の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示す立体画像表示装置１０の一部を示す正面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２５】
立体画像表示装置１０は、正面から画像を投影する第１の投影素子群３を有し、さらに、第１の投影素子群３を中央として上部及び下部にそれぞれ配置された第２の投影素子群及び第３の投影素子群７を備えている。第１の投影素子群３は、例えば適当なベース材２に設けられた複数の穴２ａ（図３参照）に複数の投影素子３がそれぞれ挿入されて構成されている。ベース材２は、木材、金属、樹脂等が用いられ、材料は限られない。
【００２６】
図２に示すように、第１の投影素子群３では、投影素子が、符号３ａ、３ｂ及び３ｃで示すように、高さ方向（Ｚ方向）に３個並べられ、また、符号３ａ−１、３ａ−２、３ａ−３、・・・で示すように水平方向（Ｘ方向）に多数、例えば１６個並べられている。つまり、合計４８個の投影素子がベース材２に装着されている。しかし、第１の投影素子群３では、このような投影素子の個数に限られず、高画質な画像を実現するために、Ｘ方向及びＺ方向ともに極力数が多いことが好ましい。第１の投影素子群３の各投影素子は、図３に示すように、例えばベース材２との間に、スペーサ１４が配置されることで、例えばネジ１８等によって、各投影素子の投影距離の微調整が調整可能となっている。しかしながら、このようなスペーサ１４を用いた調整機構は、第２の投影素子群５や第３の投影素子群７の図に示すようになくてもよく、ベース材２の穴２ａに挿入されて各投影素子が固定されるだけでもよい。なお、第２の投影素子群５にも、上記スペーサ１４等を用いた調整機構を設けることも可能である。
【００２７】
このような各投影素子によりそれぞれ視差のある画像が投射されることで、観察者１０１はその投射画像を立体画像として認識することができる。本実施の形態では、立体表示をする技術として例えば光線再生法が用いられる。光線再生法の場合、直接観察者１０１の眼に立体画像を構成する光を入射したり、空間に立体画像の光を作り出したりする。したがって、スクリーン１はあってもよいが、必ずしも必要ではない。
【００２８】
光線再生法のうちの１つの手法を説明する。後でも説明するが、例えば撮像手段として図示しない複数のカメラが用いられ、そのカメラごとに担当する撮像範囲が設定され、各カメラによって撮像されたそれぞれ視差のある画像が用意される。そして、当該視差の角度やそれに伴う屈折率等が計算され、その計算結果に基づき各画像が加工され、この加工処理により得られたそれぞれの画像が合成されることで１つの立体画像フレームが生成される。本実施の形態の場合、その複数のカメラに対応するように配置された投影素子３、５及び７によって、各カメラで撮像され画像処理された後の画像をそれぞれ表示することで立体画像を表示することができる、いわゆる多眼式である。したがって、投影素子の数が多いほど、画素が多いことと同じになり、高画質な立体画像が得られる。
【００２９】
この場合、カメラの個数は、投影素子の数と同じでなくてもよく、例えば少なくてもよい。２つのカメラの間から見える撮像対象の画像であって、実際に撮像されない角度からの画像については、補間等の画像処理がなされることにより、実施には撮像されない角度からの画像を生成することができる。
【００３０】
第２の投影素子群５は、例えば水平方向に、上記第１の投影素子群３と同様に１６個並べられ、ベース材４の各穴４ａ等に挿入されて構成されている。図１に示すように、第１の投影素子群３からスクリーン１または観察者１０１に向かう方向（Ｙ方向）では、各投影素子５−１、５−２、５−３、・・・は１列に配置されている。各投影素子５−１、５−２、５−３、・・・は、第１の投影素子群３と同様に、適当なベース材４に装着されているが、ベース材４は、上記ベース材２とほぼ直角になるように配置されている。具体的には、図３に示すように、投影素子群５から投射される光の方向１５が、投影素子群３から投射される光１２ａ、１２ｂ及び１２ｃに向かうような方向（Ｚ方向）となるように、また、それらがほぼ直角となるように、投影素子群３と投影素子群５とがそれぞれ配置されている。光の方向１５が、光１２ａ、１２ｂ、１２ｃに向かうような方向に設定することで、特許文献２の図９に示すように装置の端部にミラーが設けられる構成に比べ、光路が密になる。これにより、立体画像表示装置１０の小型化を実現できる。
【００３１】
さらに、投影素子群５から投射される光１５の光路長（光軸１１５の長さ）は、投影素子群３から投射される光１２ａ〜１２ｃとの光路長（光軸１３ａ〜１３ｃ）とほぼ一致している。
【００３２】
第３の投影素子群７は、第２の投影素子群５とほぼ同様の構成でなる。具体的には、第３の投影素子群７は、ベース材６に１列の投影素子７−１、７−２、７−３、・・・が配置され、第１の投影素子群３の光の各光軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・・を挟むように、第２の投影素子群５と対向して配置されている。すなわち、第３の投影素子群７の各光１７の投射方向は、Ｚ方向となっている。
【００３３】
各ベース材２、４及び６は、それぞれ図示しないフレーム等に、ネジ止め、接着、溶着、あるいはその他の手法により固定されている。また、スクリーン１が設けられる場合、スクリーン１が図示しないフレーム等に固定される。
【００３４】
第２の投影素子群５及び第３の投影素子群７の近傍には、ミラーＭ１及びＭ２がそれぞれ配置されている。ミラーＭ１は、投影素子５−１、５−２、・・・により投射された光１５を９０°の反射角で反射させるように配置されている。これにより、光１５は、スクリーン１に向かって投影される。ミラーＭ２についても、Ｍ１と同様に投影素子７−１、７−２の光１７がスクリーン１に向かうように反射させる。ミラーＭ１及びＭ２は、ほぼ１００％の反射率を有するものである。したがって、ミラーＭ１及びＭ２は、図３に示すように、第１の投影素子群３からの投射光１２ａ及び１２ｃを遮らない位置にそれぞれ配置されている。
【００３５】
以下、第１、第２または第３の投影素子群３、５及び７で区別なく、１つの投影素子を指す場合、投影素子５０と記載する。
【００３６】
図４は、個々の投影素子５０の内部構造の概略を示す図である。この投影素子５０は、例えば円筒状の筒体２１と、直方体状の箱体（筐体）２２とでなり、このような筒体２１及び箱体２２に、ランプや光学系等が内蔵されている。筒体２１は後部筒体２１ａ及び前部筒体２１ｂを有している。箱体２２は、図４中縦方向の長さで最大となり、例えばその長さａは、３０ｍｍ〜８０ｍｍでなる。筒体２１の横方向の長さｂは、４０ｍｍ〜１５０ｍｍでなる。しかし、長さａ、ｂはこれらの値に限られるものではなく、適宜設定可能である。
【００３７】
箱体２２には、赤色の光を出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）２３Ｒと、青色の光を出射するＬＥＤ２３Ｂが内蔵されている。後部筒体２１ａには、緑色の光を出射するＬＥＤ２３Ｇが内蔵されている。また、投影素子５０は、各ＬＥＤから出射された光を集光する集光レンズ系２５、２６及び２７、これらにより集光された各光を、前部筒体２１ｂの方向へ導くためのプリズム２４を有する。投影素子５０は、プリズム２４から出射された光を変調して画像を生成する変調素子３２、変調素子３２で生成された画像光を投影するための投影レンズ系３１を有する。変調素子３２としては、例えば透過型の液晶素子が用いられる。投影レンズ系３１は、例えばコリメータレンズ２８や拡散レンズ２９等が用いられる。
【００３８】
この投影素子５０の画像投影の方式として、例えばフィールドシーケンシャル方式が用いられる。フィールドシーケンシャル方式とは、時分割で画像を生成する方式である。例えば投影素子５０では、単位時間ごとにＲＧＢ（赤、緑及び青）で構成される画像を生成し、３つで例えば１つの画像フレームが生成される。つまり、単位時間ごとに、ＬＥＤ２３Ｒ、２３Ｇ及び２３Ｂを点灯させ、そのタイミングの整数倍の時間で同期するように変調素子３２の駆動が制御される。単位時間ごととは、例えば４０〜８０Ｈｚであるが、これより速くてもよいし遅くてもよい。このようなフィールドシーケンシャル方式が用いられることにより、変調素子３２が１つだけ用意されればよいので、投影素子５０の小型化が可能となる。投影素子５０の小型化を実現できれば、投影素子５０を密に並べることができるので、高画質、高精細で、自然な立体画像を生成することができるようなる。
【００３９】
フィールドシーケンシャル方式に限らず、例えば液晶素子がＲＧＢごとに３つ設けられる構成としてもよい。この場合、投影素子の構造が複雑にはなるが、明るさが明るくなるという利点がある。
【００４０】
図２に示すように、第１の投影素子群３では、投影素子３ａ−１、３ａ−２、・・・と、投影素子３ｂ−１、３ｂ−２、・・・と、投影素子３ｃ−１、３ｃ−２、・・・とが互いにＸ方向にずれて配置されている。つまり、各投影素子が、千鳥状あるいは斜め状（diagonal）に配置されている。このように各投影素子が配置される理由を以下述べる。
【００４１】
図５は、第１の投影素子群３の投影素子を拡大した図である。図５（ａ）に示すように、例えば、投影素子３ａのＬＥＤ２３Ｒａ及び投影素子３ｂのＬＥＤ２３Ｂｂは、電極の端子１２３ａ及び１２３ｂをそれぞれ有している。これらの端子１２３ａ及び１２３ｂには電極ケーブル１２４ａ及び１２４ｂがそれぞれ接続されている。端子１２３ａ及び１２３ｂ同士が接触したり、干渉したりすることを回避する必要がある。したがって、このように、Ｚ−Ｘ面内で最大長さａ（図４参照）の箱体２２を有する投影素子の場合、その長さａの方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向）にずれて配置すればよい。これにより、図５（ｂ）に示すように通常の状態（ずれて配置されていない状態）に比べて、投影素子を密に並べることができる。
【００４２】
第１の投影素子群３において、例えば、Ｚ方向の３つの投影素子３ａ−１、３ｂ−１及び３ｃ−１のみによりスクリーン１に表示される画像、または観察者１０１が見える画像は、図６に示すようになる。例えば、図５（ａ）に示すように、Ｚ方向のピッチが小さいほど、図６に示す画像のピッチｓｚが小さくなる。実際に立体画像として使用される部分は、３枚の画像が重なり合った斜線で示すＴで示す部分である。また、Ｘ方向に、投影素子３ａ−１、３ａ−２、・・・同士のピッチが小さいほど、Ｘ方向の画像ピッチｓｘも小さくなる。
【００４３】
図７に示すように、ＬＥＤの端子が２２３ａや２２３ｂのようにＹ方向に折り曲げられて延びていれば、さらに密になる。なお、端子２２３ａ（または２２３ｂ）は、図７中、Ｙ方向に例えば２本配置されるが、図面上１本のみが見える。
【００４４】
図８に示すＬＥＤの端子３２３ａ及び３２３ｂは、それぞれ導電部分が絶縁体で被覆されている。このような構成によれば、端子３２３ａと３２３ｂとが接触しても問題ないので、投影素子同士を密に並べることができる。
【００４５】
図９及び図１０は、立体画像表示装置１０で表示される画像を撮像する場合のカメラの配置をそれぞれ示す図である。図９は、例えばデジタルビデオ用のカメラ５５、５６及び５７を、撮像対象５１に向けて直線状（１次元状）にｄ１の間隔で配列させた例である。カメラ５５〜５７の画角は例えばθである。図１０は、カメラ５５〜５７を曲線状に例えば角度α、距離ｄ２間隔で配列させた例である。立体画像を得るために、このように複数の視点から撮像される。なお、図９及び図１０に示すようなカメラの配置に限らず、カメラ数をさらに増やし平面状（２次元状）に配置させてもよいし、または曲面状に配置させてもよい。また、３次元的に配置させてもよい。また、カメラ５５〜５７同士の間隔はすべて同じ間隔でなくても、異なる間隔でもよい。
【００４６】
図１１は、この立体画像表示装置１０の制御系の構成を示すブロック図である。
【００４７】
立体画像表示装置１０は、メモリ６５〜６７、マルチプレクサ４１、メインコントローラ４２を有する。メインコントローラ４２には、各投影素子５０が電気的に接続されている。各投影素子５０は、上記液晶素子３２、これを駆動する液晶ドライバ４５、ＬＥＤ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ、これらを駆動するＬＥＤドライバ４３、各ドライバを制御するプロセッサ４４等を有する。なお、プロセッサ４４、液晶ドライバ４５及びＬＥＤドライバ４３等は、必ずしも投影素子５０の本体に組み込まれていなくてもよく、別のユニットとして設けられていてもよい。あるいは、各プロセッサ４４がなくても、例えば１つのメインコントローラ４２で制御することも可能である。
【００４８】
メモリ６５〜６７は、上記各カメラ５５〜５７でそれぞれ撮像された画像フレームのデータをそれぞれ記憶する。マルチプレクサ４１は、これらメモリ６５〜６７で記憶された画像フレームのデータを基に、画像処理や合成処理を行う。具体的には、マルチプレクサ４１は、各カメラ５５〜５７で得られる各画像から、図示しない変換テーブルによって図７、８等に示した画角θ、間隔ｄ１、ｄ２、角度α、カメラの焦点深度等に基づき、画像フレームを生成する。
【００４９】
メインコントローラ４２は、各メモリ６５、６６及び６７のメモリ領域やデータ入出力のタイミングの制御、マルチプレクサ４１からプロセッサ４４への画像フレームデータの出力等を制御する。
【００５０】
このような構成によって、各投影素子５０は、互いに同期してそれぞれ視差のある画像フレームを順次投影することで、光線再生による立体の動画像を表示することが可能となる。また、言うまでもないが、各投影素子５０は、動画像だけでなく静止画像も表示可能である。
【００５１】
以上のように、本実施の形態に係る立体画像表示装置１０は、ミラーＭ１及びＭ２を用いて、第２の投影素子群５等の投射光１５等をスクリーン１に向けて反射させるようにしている。その理由は、個々の投影素子自体を小さくすることには限界があるので、ミラーＭ１及びＭ２を用いて光を反射させて表示させることにより、スクリーン１または観察者１０１の眼に表示される各投影素子群３、５及び７による画像ピッチを極力小さくすることができるからである。このような作用効果について、以下、さらに詳しく説明する。
【００５２】
本実施の形態では、上述したように、光１２ａ〜１２ｃの光路長と、光１５（または光１７）の光路長を一致させている。これにより、光１５は、あたかも第１の投影素子群３と同じ方向から投射されるかのうようになる。これにより、第１の投影素子群３による画像光と同じ投影距離になるように、第２の投影素子群５による画像データ上の補正や画像処理等も不要となる。あるいは、第１の投影素子群３による画像光と同じ投影距離になるように、第１の投影素子群３の投影素子と異なる構成の光学系等を第２の投影素子群５の投影素子に持たせる必要もなくなる。ここで、投影距離とは、投影素子の拡散レンズ２９からスクリーン１または観察者１０１の眼までの距離をいう。これにより、すべての投影素子の光学系等の構成を同じにすることができ、立体画像表示装置１０の生産性が向上する。
【００５３】
また、光１５（または光１７）が、あたかも第１の投影素子群３と同じ方向から投射されるようになるにもかかわらず、実際に第１の投影素子群３及び第２の投影素子群５等が同じ方向から投影する場合よりも、画像ピッチあるいは光軸同士のピッチを小さくすることができる。
【００５４】
具体的に述べると、図３に示すように、第１の投影素子群３の各投影素子３ａ、３ｂ及び３ｃのＺ方向のピッチは、図中ｒｚ１で表される。つまり、光軸１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ間の距離はｒｚ１である。一方、投影素子５（第２の投影素子群５の各投影素子）の光軸１１５と、Ｚ方向に１つ隣の投影素子３ａの光軸１３ａとの距離は、ｒｚ２で表される。この図の場合、ｒｚ１>ｒｚ２に設定されている。このような構成により、高画質、高精細な立体画像を表示することができる。
【００５５】
本実施の形態に係る立体画像表示装置１０によれば、各投影素子が密に並べられているので、各光軸同士のピッチが小さくなり、レンチキュラー方式やパララックスバリア方式等には得られない、自然で奥行きのある立体画像を表示することができる。これにより、各投影素子５０からの画像光が重なる領域内であれば、観察者がどのような角度から見ても自然な立体画像を見ることができる。
【００５６】
図１２は、本発明の他の実施の形態に係る立体画像表示装置の一部を示す側面図であり、図３に対応する図である。この実施の形態において、上記図１等に係る立体画像表示装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５７】
この立体画像表示装置２０では、第１の投影素子群３の投影素子３ａ（３ａ−１、３ａ−２、・・・（図２参照））の投射光１２ａ（１２ａ−１、１２ａ−２・・・）と、第２の投影素子群５の投影素子群５（５−１、５−２、・・・）の投射光（１５−１、１５−２、・・・）のそれぞれの光路が重なるように、ミラーＭ３及びＭ４がそれぞれ配置されている。ミラーＭ３及びＭ４は、例えばハーフミラー等が用いられる。ミラーＭ３及びＭ４は、第１の投影素子群３からの光１２ａ〜１２ｃを透過させるとともに、第２の投影素子群５及び第３の投影素子群７からの光１５及び１７をそれぞれ反射（例えば全反射）させる。その反射角はほぼ直角に設定されている。
【００５８】
ハーフミラーＭ３及びＭ４の透過率は、どのような値であってもよく、適宜設定される。ハーフミラーＭ３及びＭ４が、どの方向からの光も透過させるハーフミラーである場合、図のように遮光板５２が配置されてもよい。しかし、配置されなくてももちろんかまわない。
【００５９】
このような構成によれば、例えば第１の投影素子群３の光路長と第２の投影素子群５のそれぞれの光路がほぼ一致し、光軸１３ａと光軸１１５とがほぼ一致することになる。つまり、距離ｒｚ１は図３と同じであるが、図３で示す距離ｒｚ２は、図１２ではほぼ０となる。したがって、観察者１０１が立体画像を見る角度の制限が緩和され、より自然な立体画像を表示することができる。
【００６０】
また、本実施の形態に係る立体画像表示装置２０、上記立体画像表示装置１０と同様に、各投影素子３、５及び７の光路長をほぼ一致させているので、上記同様の効果が得られる。また、立体画像表示装置１０と比べ、Ｚ方向の大きさを小さくでき、装置のさらなる小型化を実現することができる。
【００６１】
立体画像表示装置２０では、ハーフミラーＭ３及びＭ４が用いられている。したがって、すべての投影素子群３、５及び７の光源（ＬＥＤ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ（図４参照））の光量が同じ場合、以下のようになる。すなわち、第１の投影素子群３の投影素子３ａ及び投影素子３ｃの、ミラー透過後の光量（以下、第１の光量という。）と、第２の投影素子群５及び第３の投影素子群７のミラーによる全反射光の光量（あるいは投影素子３ｂの投射光の光量）（以下、第２の光量という。）とが異なる。したがって、最終的に表示される光量が同じなるように、予め各光源の光量がそれぞれ設定されればよい。この場合、第２の光量が第１の光量より低くなるように光源の光量が設定されていればよい。
【００６２】
また、上記したように、ハーフミラーＭ３及びＭ４が、どの方向からの光も透過させるハーフミラーである場合（例えばどの方向からの光も同じ透過率で透過させる場合）は、投影素子３ｂの光源の光量と、他の投影素子５、３ａ及び３ｃの光源の光量とが適宜設定されればよい。
【００６３】
あるいは、光源の光量ではなく、各投影素子群３、５及び７の各変調素子３２の透過率が適宜設定されることによっても、最終的に表示される光量が同じになるようにすることができる。
【００６４】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６５】
例えば、上記各実施の形態では、上下に第２の投影素子群５及び第３の投影素子群７が配置された。しかし、このような上下の投影素子群に加えて、側部（左右）にも別の投影素子群が配置されてもよい。あるいは、上下には投影素子群が配置されずに、左右のみに第２の投影素子群５及び第３の投影素子群７がそれぞれ配置されてもよい。
【００６６】
あるいは、第１の投影素子群３、第２の投影素子群５、第３の投影素子群７、上記第４及び第５の投影素子群のうち少なくとも１つが、曲面状に各投影素子５０が配置されていてもよい。あるいは、第１、第２、第３、第４及び第５の投影素子群のうち少なくとも２つの群の区別がなく、それら少なくとも２つの群が曲面状に連続的につながるように配置することも可能である。
【００６７】
図４に示した投影素子５０の構成は、単なる一例であり、適宜設計変更が可能である。この場合、投影素子群として極力密に敷き詰めることができるような形状、大きさ、または材料等を用いることが望ましい。また、投影素子５０に内蔵される変調素子３２として、透過型の液晶素子を例に挙げた。しかし、反射型の液晶素子や、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の変調素子も用いることができる、その場合は、光源やレンズ系の配置も適宜変更される。
【００６８】
上記各実施の形態では、ミラーＭ１〜Ｍ４は、第１の投影素子群３及び第２の投影素子群５（第３の投影素子群７）に対して４５°となるように配置されていた。しかし、４５°より大きくてもよいし、小さくてもよい。そのように４５°でない場合には、例えばスクリーン１に表示される画像にいわゆる台形ひずみが起こる。この場合、画像データ上で補正するか、またはレンズ等の光学系で補正する等の方法がある。
【００６９】
上記立体画像表示装置１０及び２０では、第２の投影素子群３及び第３の投影素子群５はそれぞれＸ方向に１列のみ配置される構成であった。しかし、図１３に示すように、第２の投影素子群３の投影素子５ａ、５ｂ、・・・というようにＹ方向に複数の列としてもよい。第３の投影素子群５についても同様である。この場合、２列目の投影素子５ｂ及び７ｂからの投射光を反射するミラーＭ５及びＭ６はそれぞれハーフミラーを用いる必要がある。投影素子５ａ及び７ａからの投射光１５及び１７をそれぞれ透過させるためである。
【００７０】
上記各実施の形態に係る投影素子の投影レンズ系３１の視野角は、図３または図１２等に示したものに限られず、さらに高視野角を実現するレンズであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る立体画像表示装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に示す立体画像表示装置の一部を示す正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】個々の投影素子の内部構造の概略を示す図である。
【図５】第１の投影素子の配列状態の例を示す拡大図である。
【図６】第１の投影素子群において、Ｚ方向の３つの投影素子のみによりスクリーン１に表示される画像を示す図である。
【図７】第１の投影素子の配列状態の他の例を示す拡大図である。
【図８】第１の投影素子の配列状態のさらに別の例を示す拡大図である。
【図９】立体画像表示装置で表示される画像を撮像する場合のカメラの配置の例を示す図である。
【図１０】上記カメラの配置の他の例を示す図である。
【図１１】立体画像表示装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る立体画像表示装置の一部を示す側面図である。
【図１３】第２の投影素子群または第３の投影素子群の投影素子の列が複数ある例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ｍ１、Ｍ２…ミラー
Ｍ３、Ｍ４…ハーフミラー
２…ベース材
２ａ…穴
２．４…ベース材
３…第１の投影素子群
５…第２の投影素子群
７…第３の投影素子群
１０、２０…立体画像表示装置
１２ａ〜１２ｃ、１５、１７…光
１３ａ〜１３ｃ、１１５、１１７…光軸
２３Ｒ、２３Ｂ、２３Ｇ…ＬＥＤ
３２…変調素子
５０…投影素子
２１…筒体
２１ａ…後部筒体
２１ｂ…前部筒体
２２…箱体
【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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