(57)【要約】【課題】立体像を鮮明に視認できる表示装置を提供すること。【解決手段】中心軸Ｃを中心とする円弧状に形成され、内周面２Ｓに入射された光を外周面２Ｔから出射させる際に、中心軸Ｃに沿う方向である第１方向における拡散角が、中心軸Ｃを中心とする周方向である第２方向Ｄ２における拡散角より広い透過型のスクリーン２と、中心軸Ｃを中心として第２方向Ｄ２に沿って等間隔に配置され、内周面２Ｓに画像光をそれぞれ投射する複数の投射装置３と、外周面２Ｔの外側に第２方向Ｄ２に沿って設定された複数の視点にて、複数の投射装置３のそれぞれ投射された画像光の一部により形成される部分画像が第２方向Ｄ２に並んだ１つの表示画像として観察されるように、複数の投射装置３に画像光を投射させる表示制御装置と、を備える。【選択図】図２
2016001211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を中心とする円筒形状の少なくとも一部を構成する円弧状に形成され、内周面に入射された光を外周面から出射させる際に、前記中心軸に沿う方向である第１方向における拡散角が、前記中心軸を中心とする周方向である第２方向における拡散角より広い透過型のスクリーンと、
前記中心軸を中心として前記第２方向に沿ってそれぞれ等間隔に配置され、前記内周面に画像光をそれぞれ投射する複数の投射装置と、
前記外周面の外側に前記第２方向に沿って設定された複数の視点にて、前記複数の投射装置のそれぞれ投射された前記画像光の一部により形成される部分画像が前記第２方向に並んだ１つの視認画像として視認されるように、前記複数の投射装置に前記画像光を投射させる表示制御装置と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記複数の投射装置は、前記第１方向に沿って見た場合、それぞれの前記画像光の出射部位が、前記円筒形状の内側に位置していることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の表示装置において、
前記スクリーンは、前記内周面に入射された光を前記外周面から出射する際に、前記外周面から出射される光の進行方向を調整する方向調整層を有することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置において、
観察者の位置を検出する位置検出装置を備え、
前記表示制御装置は、前記複数の投射装置のうち、検出された前記観察者の位置に入射される前記画像光を投射する投射装置に前記画像光を投射させることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記中心軸からの観察者の距離を検出する距離検出装置を備え、
前記表示制御装置は、検出された前記観察者の距離に応じて、前記観察者の位置で視認される前記視認画像を構成する前記部分画像を変更することを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記複数の投射装置の台数をｎとし、前記スクリーンの直径をＤとし、前記中心軸を中心として前記複数の投射装置のそれぞれの瞳位置が位置する仮想円の直径をφとした場合、前記スクリーンの前記第２方向における拡散角δは、以下の式（１）で表されることを特徴とする表示装置。
δ  ＝  ３６０／ｎ×１／（Ｄ／φ＋１）      …（１）
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記複数の投射装置は、それぞれ、
赤、緑及び青の３つの色光を時分割でそれぞれ個別に出射する光源装置と、
前記光源装置から出射された前記３つの色光をそれぞれ変調して、前記３つの色光に応じた色画像を形成する光変調装置と、
前記光変調装置により形成された前記３つの色光に応じた色画像を投射する投射光学装置と、を備え、
前記表示制御装置は、前記複数の投射装置のうち、隣り合う投射装置にそれぞれ異なる色の前記色画像を投射させることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状の筐体を備え、当該筐体の周方向に移動する観察者の位置に応じた画像を表示して、運動視差により画像を立体的に視認させる表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の表示装置は、電子式プロジェクター、回転機構部、スクリーン、ミラー及び多角形ミラーを備える。この表示装置では、電子式プロジェクターは、それぞれ同じ物体を異なる位置から見た映像であるコマ映像がリング状に配列された投射画像を投射し、当該投射画像は、ミラーにより折り返される。この折り返された投射画像に含まれる各コマ映像は、スクリーンを囲む環状の多角形ミラーにそれぞれ入射される。この多角形ミラーは、複数のミラー群からなり、それぞれ入射されたコマ映像をスクリーンに向けて反射させる。
【０００３】
スクリーンは、回転機構部により上記筐体の中心軸を中心として回転され、多角形ミラーを構成する各ミラーから入射される各コマ映像を、当該ミラーと対向する位置に回転された際に反射させる。このようなスクリーンには、視野角を制限して隣のコマ映像が見えないようにする視野角制限フィルターが設けられており、観察者が、当該観察者の位置からスクリーンを観察する方向に応じたコマ映像だけを見ることができるように構成されている。このため、観察者が、表示装置の周方向に沿って移動して視点を変えつつ当該スクリーンを観察する、それぞれの視点の位置に応じた異なるコマ映像を観察することができ、これにより、運動視差により画像に含まれる物体を立体的に視認できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５５５８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の表示装置では、１台又は複数のプロジェクターからの投射画像の一部であるコマ映像のそれぞれを多角形ミラーにて反射させてスクリーンに入射させている。このため、観察者により観察される画像は、プロジェクターの投射画像において僅かな領域でしかないことから、視認される画像の解像度が低くぼやけるという問題がある。
【０００６】
本発明は、立体像を鮮明に視認できる表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る表示装置は、中心軸を中心とする円筒形状の少なくとも一部を構成する円弧状に形成され、内周面に入射された光を外周面から出射させる際に、前記中心軸に沿う方向である第１方向における拡散角が、前記中心軸を中心とする周方向である第２方向における拡散角より広い透過型のスクリーンと、前記中心軸を中心として前記第２方向に沿ってそれぞれ等間隔に配置され、前記内周面に画像光をそれぞれ投射する複数の投射装置と、前記外周面の外側に前記第２方向に沿って設定された複数の視点にて、前記複数の投射装置のそれぞれ投射された前記画像光の一部により形成される部分画像が前記第２方向に並んだ１つの視認画像として視認されるように、前記複数の投射装置に前記画像光を投射させる表示制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
なお、スクリーンは円筒形状でなくてもよく、上記中心軸を中心とする円筒形状の周方向（第２方向）における一部の円弧状であってもよい。
上記一態様によれば、複数の投射装置からスクリーンの内周面に投射された画像光は、当該スクリーンの外周面から出射される際に、上記中心軸に沿う第１方向に広く、上記中心軸を中心とする周方向である第２方向に狭く出射される。このため、外周面の外側に当該第２方向に沿って設定された複数の視点のうちの１つには、それぞれの投射装置から投射された画像光により形成される画像の一部である部分画像が視認される。すなわち、当該１つの視点では、各投射装置による投射画像に含まれ、かつ、それぞれの投射画像で位置が異なる部分画像が、第２方向に沿って並んだ画像が視認される。そして、表示制御装置が、各視点に入射される位置の部分画像を、当該視点に応じた部分画像とした投射画像を、それぞれの投射装置に投射させることで、上記各視点で異なる視認画像を視認できる。この際、当該各視点にて視認される視認画像が、それぞれ同じ立体像である観察対象を視点に応じた位置から見た画像となる投射画像を、表示制御装置が、それぞれの投射装置に投射させることで、当該視認画像に含まれる観察対象を立体的に視認できる。
そして、当該視認画像は、各投射装置から投射された部分画像が第２方向に並んだ画像であるので、上記特許文献１に記載の構成に比べて、当該視認画像の解像度を高めることができる。従って、立体像である観察対象を鮮明に視認できる。
【０００９】
上記一態様では、前記複数の投射装置は、前記第１方向に沿って見た場合、それぞれの前記画像光の出射部位が、前記円筒形状の内側に位置していることが好ましい。
上記一態様によれば、複数の投射装置における画像光の出射部位が、円弧状のスクリーンを延長した円筒形状の内側に位置しているので、表示装置を小型化できる。
【００１０】
上記一態様では、前記スクリーンは、前記内周面に入射された光を前記外周面から出射する際に、前記外周面から出射される光の進行方向を調整する方向調整層を有することが好ましい。
ここで、例えば、上記複数の投射装置がスクリーンに対して上記第１方向における一端側に位置する場合、各投射装置は、一端側から他端側に向けて画像光を投射することとなる。この場合で、上記視点がスクリーンの上記第１方向における略中央であると、投射装置による画像の投射範囲において、上記一端側を通過する光の主光線は、当該視点に近くなるため、当該視点に入射される光量も多くなる。しかしながら、当該投射範囲において上記他端側を通過する光の主光線は、当該視点から遠ざかるため、当該視点に入射される光量が少なくなる。このような場合、当該視点にて視認される視認画像における上記他端側が上記一端側に比べて暗くなり、視認画像において輝度むらが生じる。
【００１１】
これに対し、上記一態様では、スクリーンが、外周面から出射される光の進行方向を調整する方向調整層を有するので、投射装置から投射されて入射される画像光の入射位置に応じて、当該画像光が上記視点側に出射されるように、外周面からの画像光の出射方向を調整できる。従って、視認画像における輝度むらの発生を抑制できる。
上記複数の投射装置がスクリーンに対して上記第１方向における他端側に位置している場合も同様である。
【００１２】
上記一態様では、観察者の位置を検出する位置検出装置を備え、前記表示制御装置は、前記複数の投射装置のうち、検出された前記観察者の位置に入射される前記画像光を投射する投射装置に前記画像光を投射させることが好ましい。
上記一態様では、表示制御装置が、検出された観察者の位置に入射される画像光を投射する投射装置に画像光を投射させる。すなわち、表示制御装置は、観察者の位置にて視認される視認画像を構成する部分画像を投射する投射装置に、当該部分画像を投射させる。これによれば、必ずしも全ての投射装置により画像光を動作させる必要がない。従って、表示装置の消費電力を低減できる。
【００１３】
上記一態様では、前記中心軸からの観察者の距離を検出する距離検出装置を備え、前記表示制御装置は、検出された前記観察者の距離に応じて、前記観察者の位置で視認される前記視認画像を構成する前記部分画像を変更することが好ましい。
ここで、各投射装置は、所定の画角で画像光を投射するため、スクリーンに対して近い視点と、遠い視点とでは、当該視点に入射される画像光を投射する投射装置の数と投射画像の視認領域が異なる。このため、近い視点に合わせた投射画像を遠い視点で視認すると、視認できる画像領域が狭い範囲となるとともに、複数の投射装置の投射画像の組合せによる画像が不自然なものとなる。
【００１４】
これに対し、上記一態様では、表示制御装置は、検出された観察者の距離に応じて、観察者の位置で視認される視認画像を構成する部分画像を変更する。例えば、観察者が上記遠い視点に位置する場合には、当該遠い視点に入射される画像光を投射する投射装置が投射する当該画像光により、上記近い視点での視認画像が形成されて視認されるように、表示制御装置が、各投射装置に画像光を投射させる。これによれば、上記中心軸に対する観察者の距離（すなわち、視点の距離）が変更されても、当該観察者は同じ内容が含まれる視認画像を視認できる。従って、画像の見え方を自然なものとすることができる。
【００１５】
上記一態様では、前記複数の投射装置の台数をｎとし、前記スクリーンの直径をＤとし、前記中心軸を中心として前記複数の投射装置のそれぞれの瞳位置が位置する仮想円の直径をφとした場合、前記スクリーンの前記第２方向における拡散角δは、以下の式（１）で表されることが好ましい。
δ  ＝  ３６０／ｎ×１／（Ｄ／φ＋１）      …（１）
【００１６】
上記一態様によれば、上記式（１）で導かれる拡散角δの値を、スクリーンの上記第２方向における光の拡散角とすることにより、上記視点にて視認される視認画像において、それぞれ隣り合う投射装置から投射された部分画像間に隙間や重なりが生じることを抑制できる。従って、各投射装置から投射された部分画像が第２方向に並んだ視認画像を、１つの表示画像として視認しやすくすることができる。
【００１７】
上記一態様では、前記複数の投射装置は、それぞれ、赤、緑及び青の３つの色光を時分割でそれぞれ個別に出射する光源装置と、前記光源装置から出射された前記３つの色光をそれぞれ変調して、前記３つの色光に応じた色画像を形成する光変調装置と、前記光変調装置により形成された前記３つの色光に応じた色画像を投射する投射光学装置と、を備え、前記表示制御装置は、前記複数の投射装置のうち、隣り合う投射装置にそれぞれ異なる色の前記色画像を投射させることが好ましい。
【００１８】
上記一態様によれば、各投射装置は、光源装置から時分割でそれぞれ個別に出射された赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ光変調装置により変調し、当該各色光に応じた色画像を投射光学装置が投射することで、１つの画像（フレーム）が表示される。この際、上記のように、第２方向に沿って配列された各投射装置において、互いに隣り合う投射装置が同じ色の色画像を同時に投射すると、フリッカーと呼ばれるちらつきが発生しやすい。
これに対し、上記一態様によれば、表示制御装置が、隣り合う投射装置にそれぞれ異なる色の色画像を投射させるので、フリッカーの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表示装置を示す模式図。
【図２】上記第１実施形態における表示装置を中心軸に沿った方向から見た模式図。
【図３】上記第１実施形態における第１方向においてスクリーンに入射されて出射される光の軌跡を示す図。
【図４】上記第１実施形態における第２方向においてスクリーンに入射されて出射される光の軌跡を示す図。
【図５】上記第１実施形態における投射装置の配置を示す模式図。
【図６】上記第１実施形態における視点に入射される光の軌跡を示す模式図。
【図７】上記第１実施形態における視認画像の一例を示す図。
【図８】上記第１実施形態における投射画像の一例を示す図。
【図９】上記第１実施形態における投射装置の構成を示す模式図。
【図１０】上記第１実施形態における画像情報の読出しタイミングと、色光の出射タイミングとを示す図。
【図１１】上記第１実施形態における隣り合う投射装置による色画像の投射タイミングを説明する図。
【図１２】上記第１実施形態における１つの投射装置から視点に到達する光の軌跡を示す図。
【図１３】上記第１実施形態における隣り合う２つの投射装置から投射された光線が或る視点に到達する際の光の軌跡を示す図。
【図１４】上記第１実施形態における投射装置の瞳位置が配列される仮想円の直径とスクリーンの直径とが異なる表示装置を中心軸に沿って見た場合の模式図。
【図１５】上記第１実施形態におけるスクリーンに対して第１方向の一端側に位置する投射装置が投射した画像光の軌跡を示す模式図。
【図１６】上記第１実施形態における方向調整層を示す断面図。
【図１７】上記第１実施形態におけるスクリーンに対して第１方向の一端側に位置する投射装置が投射した画像光の軌跡を示す模式図。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る表示装置を示す模式図。
【図１９】上記第２実施形態における検出部の配置の一例を示す模式図。
【図２０】上記第２実施形態における視点に入射される画像光の軌跡、及び、当該画像光を投射する投射装置を示す模式図。
【図２１】上記第２実施形態における視認画像の一例を示す図。
【図２２】上記第２実施形態における視認画像の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面に基づいて説明する。
［表示装置の概略構成］
図１は、本実施形態に係る表示装置１の概略構成を示す模式図であり、側方から見た表示装置１を示す模式図である。
本実施形態に係る表示装置１は、表示された画像に含まれる立体像である観察対象を運動視差及び両眼視差により立体的に視認させるものであり、図１に示すように、透過型のスクリーン２、複数の投射装置３、記憶装置４、表示制御装置５及び架台６を備える。具体的に、表示装置１では、記憶装置４に記憶された画像データを読み出した表示制御装置５が、各投射装置３によって投射される投射画像を生成し、生成された各投射画像に応じた画像光を、対応する投射装置３がスクリーン２の内周面に投射する。これにより、当該画像光がスクリーン２を透過して観察者Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）の眼に入射され、現在の観察者Ｐの位置に応じた画像が観察される。
これらのうち、架台６は、スクリーン２及び各投射装置３を支持する他、記憶装置４及び表示制御装置５が設けられる台座である。
【００２１】
［記憶装置の構成］
記憶装置４は、それぞれの投射装置３により投射される画像の画像情報を記憶するものであり、表示制御装置５により当該画像情報の読出し及び書込みが行われる。このような記憶装置４としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の比較的容量の大きい記憶デバイスや、半導体メモリーを例示できる。
【００２２】
［表示制御装置の構成］
表示制御装置５は、ネットワーク等を介して外部機器から受信される画像情報を記憶装置４に記憶させる他、当該記憶装置４に予め記憶された画像情報に応じた画像を各投射装置３にそれぞれ投射させる。
具体的に、表示制御装置５は、当該表示制御装置５に接続された各投射装置３に投射させる画像を個別に出力し、当該画像データに応じた画像を、対応する投射装置３に投射させる。また、表示制御装置５は、制御情報を出力して、複数の投射装置３のうち、隣り合う投射装置３が同じタイミングで同じ色の色画像を投射しないように、各投射装置３の動作を制御する。なお、投射装置３の動作については、後に詳述する。
【００２３】
［スクリーンの構成］
図２は、表示装置１をスクリーン２の中心軸Ｃに沿った方向から見た模式図である。
スクリーン２は、図２に示すように、仮想の中心軸Ｃを中心とする円筒状に形成された透過型のスクリーンであり、本実施形態では、当該スクリーン２は、中心軸Ｃが鉛直方向に沿うように配置される。このスクリーン２は、内側に配置された各投射装置３から投射される画像光を外側に透過させる。このようなスクリーン２は、基材２１と、当該基材２１の内側に位置する拡散層２２と、を有する。なお、拡散層２２は、基材２１の外側にあってもよい。
以下の説明では、上記中心軸Ｃに沿う方向を第１方向Ｄ１とし、当該中心軸Ｃを中心とする周方向を第２方向Ｄ２とする。
【００２４】
基材２１は、上記中心軸Ｃを中心とする円筒形状に形成され、スクリーン２の形状を維持する。このような基材２１は、入射される光を減光させて透過させる透光性樹脂又はガラス等によって形成されており、スクリーン２の内側に透過される外光（環境光）を減衰させる機能を有する。これにより、スクリーン２の内側にて生じる乱反射を低減させ、表示される像のコントラストを向上できる。なお、このような材料に限らず、基材２１は、入射される光の略全てを透過する材料により形成されていてもよい。
【００２５】
図３及び図４は、スクリーン２の内周面２Ｓに入射されて外周面２Ｔから出射される光の軌跡を示す図である。これらのうち、図３は、第１方向Ｄ１における光の軌跡を示す図であり、図４は、第２方向Ｄ２における光の軌跡を示す図である。
拡散層２２は、内周面２Ｓ側から入射される光を透過させて出射させる際に、当該光を拡散させる。この拡散層２２は、図３及び図４に示すように、第１方向Ｄ１における光の拡散角Ａ１が第２方向Ｄ２における光の拡散角Ａ２より広くなるように構成されている。換言すると、拡散層２２は、第２方向Ｄ２における拡散角Ａ２が第１方向Ｄ１における光の拡散角Ａ１より狭くなるように構成されている。
【００２６】
具体的に、本実施形態では、拡散層２２は、図３に示すように、内周面２Ｓ側から入射された光を第１方向Ｄ１に広く出射して拡散させるとともに、図４に示すように、当該光を第２方向Ｄ２に狭く出射する。本実施形態では、拡散角Ａ１は、４０°以上、６０°以下に設定され、拡散角Ａ２は１°以上、２°以下に設定されている。
なお、本実施形態では、拡散層２２は、拡散シートにより構成されているが、第２方向Ｄ２に長いシリンドリカルレンズを第１方向Ｄ１に沿って配列した構成によっても実現可能である。
【００２７】
［投射装置の構成］
図５は、上記中心軸Ｃに対する直交面における各投射装置３（３０１〜３１８）の配置を示す模式図であり、また、１つの投射装置３（３１０）から投射された画像光の軌跡を示す模式図である。なお、図５では、投射装置３１０から投射された画像光のうち、所定間隔毎の光線を実線で示し、当該光線が上記拡散層２２により拡散される範囲を点線で示している。
複数の投射装置３は、それぞれ、表示制御装置５から送信される画像を投射するものであり、図５に示す例では、１８台の投射装置３（３０１〜３１８）が上記架台６に設けられている。これら投射装置３は、図５に示すように、上記中心軸Ｃを中心とする仮想円ＶＣに沿ってそれぞれ等間隔に配置される。
具体的に、これら投射装置３は、画像光の出射位置（後述する投射光学装置３３の瞳位置）が仮想円ＶＣ上に位置し、かつ、当該仮想円ＶＣにて等間隔となるように配置される。このような仮想円ＶＣは、スクリーン２の内側に設定されており、各投射装置３は、その全体がスクリーン２の内側に位置している。また、当該仮想円ＶＣの高さ位置は一定であり、各投射装置３の瞳位置は、上記中心軸Ｃに直交する面上の位置、すなわち、架台６から同じ高さ位置に設定されている。
これら投射装置３は、上記表示制御装置５から送信される同じサイズ（高さ寸法及び幅寸法）の画像をスクリーン２の内周面２Ｓに向けて投射する。換言すると、投射装置３は、それぞれ同じ画角で画像を投射する。
【００２８】
［スクリーンに対する画像光の入射位置と視点との関係］
ここで、スクリーン２は、内周面２Ｓに入射された光を拡散させて外周面２Ｔから出射するが、上記拡散層２２により、内周面２Ｓに入射された光は、第２方向Ｄ２に狭い範囲で出射される。このため、ある投射装置３からスクリーン２に投射された投射画像における所定範囲内の部分画像は、スクリーン２の外側に第２方向Ｄ２に沿ってそれぞれ設定された複数の視点Ｖ（図５において黒丸で示す視点Ｖ）のうち、１つの視点Ｖにしか入射されない。換言すると、１つの投射装置３からスクリーン２に投射された投射画像において、ある視点Ｖに位置する観察者Ｐの眼によって視認される部位は、当該投射画像の一部でしかない。
【００２９】
例えば、投射装置３１０から投射された画像光のうち、スクリーン２上の範囲Ｒ１に入射された光は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に拡散されるが、第２方向Ｄ２では狭い範囲でしか拡散されない。このため、当該光は、上記複数の視点Ｖのうち、視点Ｖ１にしか入射されない。換言すると、投射装置３１０により投射されて上記範囲Ｒ１に入射される光により形成される部分画像は、視点Ｖ１でしか視認されない。
同様に、投射装置３１０から投射された画像光のうち、スクリーン２上の範囲Ｒ２，Ｒ３に入射された光は、上記視点Ｖのうち、対応する視点Ｖ２，Ｖ３にしか入射されない。このため、投射装置３１０により投射されて当該範囲Ｒ２，Ｒ３に入射される光により形成される部分画像は、それぞれ、視点Ｖ２，Ｖ３でしか視認されない。
同様に、投射装置３１０から投射された画像光のうち、スクリーン２上の他の範囲に入射される光により形成される部分画像も、対応する視点Ｖでしか視認されない。
【００３０】
［視点での視認画像］
図６は、スクリーン２を介して視点Ｖ１に入射される光の軌跡を示す模式図である。なお、図６では、各投射装置３から視点Ｖ１に入射される光を実線で示し、当該光を投射する各投射装置３の画角を点線で示している。また、図７は、上記視点Ｖ１に位置する眼Ｅにより視認される視認画像ＶＰの一例を示す図である。
一方、それぞれの視点Ｖに位置する観察者Ｐの眼により視認される画像（視認画像）は、複数の投射装置３により投射された画像光により構成される。
例えば、視点Ｖ１に到達する光を投射する投射装置３は、図６に示す例では、上記中心軸Ｃに対して当該視点Ｖ１とは反対側に位置する投射装置３０７〜３１３である。そして、これら投射装置３０７〜３１３により投射された光により、例えば図７に示す視認画像ＶＰが形成される。
【００３１】
すなわち、図６に示すように、投射装置３１０の投射画像において、視点Ｖ１に入射されるスクリーン２上の範囲Ｈ１（上記範囲Ｒ１を含む範囲Ｈ１）は、当該投射画像の略中央の範囲である。この範囲Ｈ１に対応する部分画像ＶＰ１は、図７に示すように、視点Ｖ１で視認される視認画像ＶＰにおける中央を形成する部分画像である。一方、当該投射画像における他の範囲の部分画像は、他の視点Ｖにて視認される視認画像を構成する。
【００３２】
同様に、図６に示すように、投射装置３１０に隣り合う投射装置３１１の投射画像において、視点Ｖ１に入射されるスクリーン２上の範囲Ｈ２は、視点Ｖ１側から見て、当該投射画像における第２方向Ｄ２の中央から投射装置３１０に対して投射装置３１１が位置する側にずれた範囲である。そして、当該範囲Ｈ２の部分画像ＶＰ２は、図７に示すように、視認画像ＶＰにおいて部分画像ＶＰ１に隣り合う部分画像である。一方、当該投射画像における他の範囲の部分画像は、他の視点Ｖにて視認される視認画像を構成する。
【００３３】
また、図６に示すように、投射装置３１０に隣り合う投射装置３０９の投射画像において、視点Ｖ１に入射されるスクリーン２上の範囲Ｈ３は、視点Ｖ１側から見て、当該投射画像における第２方向Ｄ２の中央から投射装置３１０に対して投射装置３０９が位置する側にずれた範囲である。そして、当該範囲Ｈ３の部分画像ＶＰ３は、図７に示すように、視認画像ＶＰにおいて部分画像ＶＰ１に隣り合う部分画像である。一方、当該投射画像における他の範囲の部分画像は、他の視点Ｖにて視認される視認画像を構成する。
【００３４】
他の投射装置３０７，３０８，３１２，３１３の投射画像においても同様であり、投射装置３０７，３０８の投射画像の一部により、図７に示す部分画像ＶＰ７，ＶＰ５が構成され、投射装置３１２，３１３の投射画像の一部により、図７に示す部分画像ＶＰ４，ＶＰ６が構成される。そして、これら部分画像ＶＰ４〜ＶＰ７は、視点Ｖ１にて視認される。なお、当該投射画像の他の一部は、他の視点Ｖにて視認される視認画像を構成する。
このように、スクリーン２の外側で、かつ、当該スクリーン２から所定寸法離れた視点Ｖに位置する眼Ｅにて視認される視認画像は、複数の投射装置３により投射された画像光の一部により形成される。
【００３５】
［投射装置が投射する投射画像］
図８は、投射装置３１０からスクリーン２に投射された投射画像ＰＰを当該投射装置３１０側から見た図であり、当該投射画像ＰＰの一例を示す図である。
上記のように、視認画像ＶＰは、複数の投射装置３からの投射画像の一部が第２方向Ｄ２に沿って並んだ画像である。換言すると、各投射装置３は、それぞれの視点Ｖにて視認される部分画像を含む投射画像を投射する。
例えば、投射装置３１０の投射画像ＰＰは、図８に示すように、複数の部分画像ＰＰ１〜ＰＰｎ（１＜ｍ＜ｎであり、ｍ及びｎは自然数）により構成される。この投射画像ＰＰの中央に位置する部分画像ＰＰｍは、上記範囲Ｈ１を透過して視点Ｖ１にて視認される視認画像ＶＰの略中央を構成する部分画像ＶＰ１となる。
【００３６】
また、投射画像ＰＰの第２方向Ｄ２における一端（投射装置３１０に隣り合う投射装置３１１側の端部）に位置する部分画像ＰＰ１は、上記範囲Ｒ２（図５参照）を透過して、視点Ｖ２にて視認される視認画像の一部を構成する。
更に、投射画像ＰＰの第２方向Ｄ２における他端（投射装置３１０に隣り合う投射装置３０９側の端部）に位置する部分画像ＰＰｎは、上記範囲Ｒ３（図５参照）を透過して、視点Ｖ３にて視認される視認画像の一部を構成する。
このように、各投射装置３は、それぞれ異なる視点Ｖにて視認される部分画像が第２方向Ｄ２に沿って並んだ投射画像をスクリーン２に投射する。
【００３７】
図９は、投射装置３の構成を示す模式図である。
以上説明した投射装置３は、それぞれ、図９に示すように、光源装置３１、光変調装置３２、投射光学装置３３及び制御装置３４を有する。
光源装置３１は、それぞれ、赤、緑及び青の各色光を時分割でそれぞれ出射する。このような光源装置３１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）によりそれぞれ構成される赤発光部、緑発光部及び青発光部を有する。なお、このような構成に限らず、光源装置３１は、白色光を出射する光源と、当該白色光の光路上に位置し、赤、緑及び青の各色光を透過するフィルターが設けられたカラーホイールとを有する構成としてもよい。
【００３８】
光変調装置３２は、光源装置３１から出射された赤、緑及び青の色光をそれぞれ変調して、当該色光に応じた色画像を形成する。このような光変調装置３２として、液晶パネルや、マイクロミラー表示素子等を利用したもの等を採用できる。
投射光学装置３３は、光変調装置３２により形成された各色画像を上記内周面２Ｓに投射する。この投射光学装置３３は、図示を省略するが、鏡筒と、当該鏡筒内に収納配置される少なくとも１つのレンズとを有する。
【００３９】
制御装置３４は、後述する表示制御装置５から送信される制御情報及び画像情報に基づいて、光源装置３１及び光変調装置３２の動作を制御する。この制御装置３４は、主制御部３４１、点灯制御部３４２、駆動制御部３４３及びフレームメモリー３４４を有する。
主制御部３４１は、受信された画像情報をフレームメモリー３４４に記憶させる。また、主制御部３４１は、受信された制御情報に応じて点灯制御部３４２及び駆動制御部３４３に点灯信号及び駆動信号を出力し、これらによる光源装置３１の点灯及び光変調装置３２の駆動を制御する。
点灯制御部３４２は、主制御部３４１から入力される点灯信号に基づいて、形成される投射画像の１フレーム分の期間において、光源装置３１によりＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の色光を順次出射させる。例えば、点灯制御部３４２は、Ｒ、Ｇ及びＢの各発光部をそれぞれ個別に点灯させる。
【００４０】
図１０は、駆動制御部３４３によるフレームメモリー３４４に記憶された画像情報の読出しタイミング（すなわち、光変調装置３２による色画像の形成タイミング）と、点灯制御部３４２による各色光の出射タイミングとを示す図である。
駆動制御部３４３は、上記駆動信号に基づいて、フレームメモリー３４４に記憶された画像情報に含まれる色成分のうち、光源装置３１から出射される色光に応じた色成分により示される色画像を、光変調装置３２に形成させる。
具体的に、駆動制御部３４３は、図１０に示すように、フレーム期間Ｔ１にて、フレームメモリー３４４に記憶された画像に含まれる１フレーム分のＲ成分を読出し、当該Ｒ成分のデータを光変調装置３２に供給する。この後、主制御部３４１から点灯信号が入力された点灯制御部３４２は、光源装置３１が有するＲ発光部を点灯させる。この際、Ｇ発光部及びＢ発光部は消灯状態とされる。
これにより、光変調装置３２がＲ光により照明されてＲ画像が形成され、当該Ｒ画像が、投射光学装置３３によりスクリーン２に投射される。
【００４１】
このようなＲ画像の形成の後、同じフレーム期間Ｔ１にて、駆動制御部３４３が、上記Ｒ成分と同じ１フレームのＧ成分をフレームメモリー３４４から読み出して、当該Ｇ成分を光変調装置３２に供給する。そして、点灯制御部３４２が、光源装置３１が有するＧ発光部を点灯させ、Ｒ発光部及びＢ発光部を消灯状態とする。
これにより、光変調装置３２がＧ光により照明されてＧ画像が形成され、当該Ｇ画像が、投射光学装置３３によりスクリーン２に投射される。
【００４２】
更に、Ｇ画像の形成の後、同じフレーム期間Ｔ１にて、駆動制御部３４３が、上記Ｇ成分と同じ１フレームのＢ成分をフレームメモリー３４４から読み出して、当該Ｂ成分を光変調装置３２に供給する。そして、点灯制御部３４２が、光源装置３１が有するＢ発光部を点灯させ、Ｒ発光部及びＧ発光部を消灯状態とする。
これにより、光変調装置３２がＢ光により照明されてＢ画像が形成され、当該Ｂ画像が、投射光学装置３３によりスクリーン２に投射される。
次のフレーム期間Ｔ２でも、次のフレームを構成するＲ、Ｇ及びＢの色成分に応じたＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像がそれぞれ順に形成され、当該各色画像が投射される。
【００４３】
このように、主制御部３４１は、点灯制御部３４２によるＲ、Ｇ及びＢの各色光の出射タイミングと駆動制御部３４３による各色成分の光変調装置３２への出力タイミングとを制御する。
そして、各フレーム期間にて投射されたＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像が、それぞれ視認されることで、観察者Ｐは、フルカラー画像を視認できる。
【００４４】
［各投射装置による色画像の表示タイミング］
ここで、隣り合う各投射装置３が、同じタイミングで同じ色の色画像を投射した場合、フリッカー（ちらつき）が認識されやすくなる。
これに対し、上記表示制御装置５は、複数の投射装置３のうち、隣り合う投射装置３が同じタイミングで同じ色の色画像を投射することがないように、これら投射装置３の動作を制御する。具体的に、表示制御装置５は、各投射装置３に制御情報を送信して、１フレーム期間に表示される各色画像の順序を調整する。
【００４５】
図１１は、上記複数の投射装置３のうち、隣り合う投射装置３Ａ〜３Ｄにより形成される色画像の投射タイミングを説明する図である。
例えば、図１１に示すように、第２方向Ｄ２に沿って隣り合う４つの投射装置３Ａ〜３Ｄのうち、投射装置３Ａは、１フレーム期間ＴにてＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の順に色画像を投射する。一方、投射装置３Ａに対して第２方向Ｄ２の一方側に隣り合う投射装置３Ｂは、同じフレーム期間ＴにてＧ画像、Ｂ画像、Ｒ画像の順に色画像を投射し、更に投射装置３Ｂに対して上記一方側に隣り合う投射装置３Ｃは、同じフレーム期間ＴにてＢ画像、Ｒ画像、Ｇ画像の順に色画像を投射する。加えて、投射装置３Ｃに対して上記一方側に隣り合う投射装置３Ｄは、同じフレーム期間ＴにてＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の順に色画像を投射する。
このように、上記複数の投射装置３のうち、第２方向Ｄ２に沿って隣り合うそれぞれの投射装置３は、同じタイミングで同じ色の色画像を投射することがないので、上記フリッカーの発生を抑制できる。
なお、各投射装置３において、光源装置３１がどの色から出射させ、光変調装置３２がどの色画像から形成するかは、投射装置３毎に予め設定されていてもよく、表示制御装置５が投射装置３毎にランダムに設定してもよい。
【００４６】
［スクリーンの拡散角と投射装置の数との関係］
ここで、スクリーン２による光の拡散角（上記拡散層２２による第２方向Ｄ２における光の拡散角）と、投射装置３の数、上記仮想円ＶＣの直径、及び、スクリーン２の直径との関係を説明する。なお、以下に示す図１２及び図１３では、各投射装置３が有する投射光学装置３３の瞳位置は、中心軸Ｃからスクリーン２の半径と同じ寸法離れた位置に設定されていると仮定する。
【００４７】
図１２は、１つの投射装置３から視点Ｖに到達する光の軌跡を示す図であり、上記中心軸Ｃに直交する平面での光の軌跡を示す図である。
各投射装置３は、内周面２Ｓに向けて上記画角で投射画像を構成する画像光を投射する。この際、当該画像光に含まれる微細な１本の光線は、図１２に示すように、内周面２Ｓを透過して、上記拡散層２２により第２方向Ｄ２に拡散角βで拡散されて外周面２Ｔから出射される。そして、当該拡散角βで広がる出射光線の範囲内に位置する視点Ｖでは、当該出射光線により形成される像（部分画像）がスクリーン２上にて視認される。この場合の視点Ｖでは、当該像は、上記第２方向における寸法が寸法ｕの像としてスクリーン２上にて視認される。
【００４８】
ここで、投射装置３の投射距離（投射光学装置３３の瞳位置から内周面２Ｓまでの距離）をｄとし、観察距離（視点Ｖからスクリーン２までの最短距離）をｒとし、投射装置３から投射された光が或る視点Ｖに入射される場合に投射装置３からの当該光の投射角をγとし、当該光による像に対する視点Ｖからの視野角をθとすると、寸法ｕは、以下の式（２）で示され、また、θは、以下の式（３）で表される。なお、投射角γ及び視野角θは、上記中心軸Ｃに直交する平面での角度である。
ｕ  ≒  ｒθ  ≒  ｄγ  ・・・（２）
θ  ＝  β  −  γ  ・・・（３）
【００４９】
これら式（２）及び（３）から、投射角γは、以下の式（４）のように表されることから、上記寸法ｕは、以下の式（５）で表される。
γ  ≒  ｒβ／（ｄ＋ｒ）  ・・・（４）
ｕ  ≒  ｄγ  ≒  ｄｒβ／（ｄ＋ｒ）  ・・・（５）
【００５０】
図１３は、第２方向Ｄ２において隣り合う２つの投射装置３から投射された光線が或る視点Ｖに到達する際の光の軌跡を示す図である。
次に、図１３を参照して、第２方向Ｄ２において隣り合う２つの投射装置３による光線の光軸がどのように見えるのかを説明する。
２つの投射装置３における瞳位置の間隔ｗは、スクリーン２上では間隔ｐとして認識される。なお、投射装置３からの光線は、所定の幅を有するが、当該間隔ｗ，ｐは、隣り合う２つの投射装置３から投射されて同じ視点Ｖに入射される光線の中心軸の間隔として扱うことができる。このような間隔ｗに対する間隔ｐの比率は、以下の式（６）で表されることから、間隔ｐは、以下の式（７）で表される。なお、式（６）及び式（７）におけるｄ及びｒは、上記のように、それぞれ上記投射距離ｄ及び上記観察距離ｒである。
ｐ／ｗ  ＝  ｒ／（ｄ＋ｒ）  ・・・（６）
ｐ  ＝  ｗｒ／（ｄ＋ｒ）  ・・・（７）
【００５１】
ここで、間隔ｐに対する寸法ｕの比率（ｕ／ｐ）を、充填率ηとすると、上記式（５）及び式（７）から、以下の式（８）を導くことができる。
η  ＝  ｕ／ｐ  ≒  ｄβ／ｗ  ・・・（８）
【００５２】
充填率ηが１未満であると、図７において示した視認画像ＶＰにおける短冊状の部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７間に隙間が生じ、当該充填率ηが１より大きいと、当該部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７が互いに重なって見える。一方、充填率ηが１であると、視認画像ＶＰにおける各部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７が隙間及び重なりなく第２方向Ｄ２に沿って並んだ画像として視認できる。
【００５３】
ところで、中心軸Ｃを中心とする全周でｎ台の投射装置３を並べた場合、それぞれの瞳位置の間隔ｗは、以下の式（９）で表されることから、充填率ηは、以下の式（１０）で表すことができる。
ｗ  ≒  ｄπ／ｎ  ・・・（９）
η  ≒  ｄβ／ｗ  ＝  ｎβ／π  ・・・（１０）
【００５４】
また、拡散角βを、ラジアンから度に変換した拡散角δで表すと、当該拡散角βは、以下の式（１１）で表されることから、充填率ηは、上記式（１０）及び当該式（１１）に基づいて、以下の式（１２）で表すことができる。すなわち、充填率ηは、拡散角δと、投射装置３の台数ｎとで表すことができる。
β  ＝  δπ／１８０  ・・・（１１）
η  ≒  ｎβ／π  ＝  ｎδ／１８０  ・・・（１２）
【００５５】
図１４は、各投射装置３の瞳位置が配列される仮想円ＶＣの直径φとスクリーン２の直径Ｄとが異なる表示装置１を、上記中心軸Ｃに沿って見た場合の模式図である。
一方、中心軸Ｃを中心とし、かつ、スクリーン２の直径Ｄとは異なる直径φの仮想円ＶＣ上に瞳位置が位置するように、各投射装置３を第２方向Ｄ２に沿って等間隔で配置した場合、それぞれの瞳位置の間隔ｗは、以下の式（１３）により示される。従って、上記充填率ηは、上記式（１１）、式（１２）及び式（１３）に基づいて、以下の式（１４）により表される。
ｗ  ≒  φπ／ｎ  ・・・（１３）
η  ≒  ｄβ／ｗ  ＝ｎβ／π  ×  ｄ／φ  
＝  ｎδ／１８０  ×  ｄ／φ  ・・・（１４）
【００５６】
従って、スクリーン２の直径Ｄと、各投射装置３の射出瞳位置が配置される仮想円ＶＣの直径φとが異なる場合には、式（１４）に示されるように、これら直径Ｄと直径φとが一致する場合（式（１０）により示される場合）に対して、直径φに対する投射距離ｄの比率（ｄ／φ）が係数として乗算されることが分かる。
また、直径Ｄ、直径φ及び投射距離ｄの関係は、以下の式（１５）で表されるので、上記式（１４）は、当該式（１５）に基づいて、以下の式（１６）のように表される。
ｄ  ＝  （Ｄ＋φ）／２  ・・・（１５）
η  ≒  ｎδ／１８０  ×  ｄ／φ  
＝  ｎδ／３６０  ×  （Ｄ／φ＋１）  ・・・（１６）
【００５７】
上記式（１６）に基づいて、視認画像における各部分画像が隙間も重なりもなく繋がって視認される条件であるη＝１の場合の拡散角δは、以下の式（１７）により示される。
δ  ＝  ３６０／ｎ  ×  １／（Ｄ／φ＋１）  ・・・（１７）
【００５８】
このように表される式（１７）により、上記仮想円ＶＣ上に等間隔に配置される投射装置３の台数ｎと、スクリーン２の直径Ｄと、当該仮想円ＶＣの直径φ（配列径）とに応じて、適切な拡散角δが求められることが分かる。なお、上記式（１４）に基づいて、スクリーンの直径Ｄに代えて投射距離ｄに応じて、最適な拡散角δを求めることができる他、上記式（１５）に基づいて、仮想円ＶＣの直径φに代えて投射距離ｄに応じて、最適な拡散角δを求めることができる。
【００５９】
そして、図１２及び図１３に示したように、スクリーン２の直径Ｄと上記仮想円ＶＣの直径φとが一致する場合には、上記式（１２）又は式（１７）に基づいて、充填率η＝１となる最適な拡散角δは、以下の式（１８）により表すことができる。換言すると、スクリーン２の直径Ｄと上記仮想円ＶＣの直径φとが一致する場合には、当該仮想円ＶＣ上に射出瞳位置が位置するように等間隔に配置される投射装置３の台数ｎに応じて、最適な拡散角δが求められる。
δ  ＝  １８０／ｎ  ・・・（１８）
【００６０】
そして、これら式（１７）及び式（１８）により求められる拡散角δを適用した表示装置１であれば、視点Ｖに位置する眼Ｅにより、隙間及び重なりがないように第２方向Ｄ２に沿って並んだ複数の部分画像により構成される視認画像ＶＰを視認できる。
例えば、式（１８）によれば、スクリーン２の直径Ｄと同じ直径φの仮想円ＶＣ上に射出瞳位置が位置するように等間隔に９０台の投射装置３が配置される構成の表示装置１の場合、スクリーン２の拡散角δが２度であれば、上記各視点Ｖに位置する眼Ｅにより、隙間及び重なりなく第２方向Ｄ２に沿って並んだ複数の部分画像により構成される視認画像ＶＰを視認できる。
【００６１】
［第１実施形態の効果］
以上説明した表示装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
複数の投射装置３からスクリーン２の内周面２Ｓに投射された画像光は、当該スクリーン２の外周面２Ｔから出射される際に、第１方向Ｄ１に広く、第２方向Ｄ２に狭く出射される。このため、例えば、外周面２Ｔの外側に位置し、かつ、第２方向Ｄ２に沿って設定された複数の視点Ｖのうちの視点Ｖ１では、図６に示したように、上記投射装置３０７〜３１３による投射画像において、それぞれ異なる部分の画像（部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７）が第２方向に沿って並んだ画像が視認される。そして、表示制御装置５が、各視点Ｖに入射される位置の部分画像を、当該視点Ｖに応じた部分画像とした投射画像を、それぞれの投射装置３に投射させることで、上記各視点Ｖで異なる画像を視認できる。この際、当該各視点Ｖにて視認される視認画像が、それぞれ同じ立体像である観察対象を視点に応じた位置から見た画像となる投射画像を、表示制御装置５が、それぞれの投射装置３に投射させることで、当該視認画像に含まれる観察対象を立体的に視認できる。
そして、当該視認画像は、各投射装置３から投射された部分画像が第２方向Ｄ２に沿って並んだ画像であるので、当該視認画像の解像度を高めることができ、当該視認画像を鮮明に視認できる。従って、観察者Ｐが視点を変えることで、運動視差により、視認画像に含まれる観察対象を立体像として鮮明に視認できる。
【００６２】
なお、上記各視点Ｖの間隔が、人間の眼の輻輳幅（両眼間の幅寸法）に設定されていれば、観察者Ｐは、左右の眼で視差画像を視認できる。従って、運動視差だけでなく、両眼視差によっても、視認画像に含まれる観察対象を立体像として視認できる。
【００６３】
複数の投射装置３における画像光の出射部位（瞳位置）は、中心軸Ｃに沿って表示装置１を見た場合に、円筒形状のスクリーン２の内側に位置している。これによれば、表示装置１を小型化できる。更に、中心軸Ｃに沿って表示装置１を見た場合に、投射装置３のそれぞれが、当該スクリーン２の内側に位置していれば、当該表示装置１をより小型化できる。
【００６４】
上記式（１７）で導かれる拡散角δの値を、スクリーン２の第２方向Ｄ２における光の拡散角とすることにより、視点Ｖにて視認される視認画像において、それぞれ隣り合う投射装置３から投射された部分画像間に隙間や重なりが生じることを抑制できる。従って、各投射装置３から投射された部分画像が第２方向Ｄ２に並んだ視認画像を、１つの表示画像として視認しやすくすることができる。
【００６５】
それぞれの投射装置３は、光源装置３１から時分割でそれぞれ個別に出射される赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ光変調装置３２により変調し、当該各色光に応じた色画像を投射光学装置３３が投射することで、１つの画像（フレーム）が表示される。この際、中心軸Ｃを中心とする仮想円ＶＣ上で第２方向Ｄ２に沿って等間隔に配列された各投射装置３において、隣り合う投射装置３が同じタイミングでそれぞれ異なる色の色画像を投射する。これによれば、上記のように、視認画像においてフリッカーの発生を抑制できる。
【００６６】
［第１実施形態の変形］
図１５は、スクリーン２に対して第１方向Ｄ１における一端側に位置する投射装置３が投射した画像光の軌跡を示す模式図である。なお、図１５においては、投射装置３による画像の投射範囲において、第１方向Ｄ１における一端を通る光線Ｌ１と、中央を通る光線Ｌ２と、他端を通る光線Ｌ３とを示している。
上記表示装置１では、基材２１及び拡散層２２を有する透過型のスクリーン２を備える構成であった。このようなスクリーン２を有する表示装置１では、例えば図１５に示すように、投射装置３が、スクリーン２に対して第１方向Ｄ１における一端側（例えば、鉛直方向の下側）に配置されている場合、当該投射装置３からスクリーン２の内周面２Ｓに入射される画像光の入射角（当該画像光の入射位置におけるスクリーン２の法線に対する角度）は、一端側から他端側に向かうに従って大きくなる。上記拡散層２２は、上記のように、第１方向Ｄ１に比較的広く拡散させるが、スクリーン２に入射された光は、内周面２Ｓに対する入射角が維持されたまま外周面２Ｔから出射されやすい。すなわち、スクリーン２に入射された光は、当該光のスクリーン２への入射方向の延長線上に外周面２Ｔから出射されやすい。
【００６７】
このため、投射装置３から投射されてスクリーン２における上記一端側の領域に入射された光線Ｌ１は、小さな出射角（当該画像光の入射位置に応じた外周面２Ｔの法線に対する角度）で出射されるので、例えばスクリーン２における第１方向Ｄ１の略中央の位置から所定寸法離れた視点Ｖに届きやすい。しかしながら、スクリーン２における第１方向Ｄ１の略中央及び他端側の領域に入射された光線Ｌ２，Ｌ３は、大きな出射角で当該他端側に向けて主に出射されてしまうので、当該視点Ｖに届きづらい。このような構成では、当該視点Ｖに位置する観察者Ｐの眼により、当該他端側に向かって輝度が低くなる視認画像が視認されてしまう。すなわち、視認画像に輝度むらが生じてしまう。
【００６８】
図１６は、スクリーン２Ａの方向調整層２３を示す断面図である。
このような問題に対し、上記スクリーン２に代えて、上記基材２１及び拡散層２２に加えて方向調整層２３を更に有するスクリーン２Ａを採用できる。
これらのうち、方向調整層２３は、内部を透過する光の出射方向を調整する。具体的に、方向調整層２３は、入射された光の出射方向を視点Ｖ側に調整する機能を有する。この方向調整層２３は、本実施形態では図１６に示すように、外周面２３Ｔに凹凸を有するリニアフレネルシートで構成され、内周面２３Ｓは略平坦に形成されている。そして、方向調整層２３において投射装置３の配置側の位置に設定された基準位置ＳＴ（第１方向Ｄ１における基準位置ＳＴ）から離れるに従って、マイクロレンズＭＬの傾斜面の内周面２３Ｓに対する傾斜角度が大きくなっている。これらマイクロレンズＭＬは、一般的な回転対称レンズを薄型化したフレネルレンズと異なり、第２方向Ｄ２のシリンドリカルレンズを薄型化したものであり、基準位置ＳＴから第１方向Ｄ１にレンズの傾斜部分を有する。このため、各マイクロレンズＭＬは、第１方向Ｄ１についてのみ集光作用を有する。
このような方向調整層２３により、内周面２３Ｓに入射された光の主な出射方向が視点Ｖに向く方向に調整される。
なお、方向調整層２３は、微小ピッチでシリンドリカルレンズが配列されたシートによっても構成できる。更に、方向調整層２３は、拡散層２２に対して光入射側に配置されていてもよく、光出射側に配置されていてもよい。基材２１に対しても同様である。
【００６９】
図１７は、スクリーン２Ａに対して第１方向Ｄ１における一端側に位置する投射装置３が投射した画像光の軌跡を示す模式図である。
このようなスクリーン２Ａに入射された画像光のうち、第１方向における一端側の領域に入射された光線Ｌ１Ａは、上記基準位置ＳＴ近傍に入射されるため、当該光線Ｌ１Ａの出射方向は、方向調整層２３による調整がされにくい。このことから、当該光線Ｌ１Ａは、スクリーン２Ａへの入射方向の延長線上に外周面２Ｔから主に出射され、視点Ｖに向かう。
【００７０】
一方、スクリーン２Ａに入射された画像光のうち、第１方向Ｄ１における略中央及び他端側の領域に入射された光線Ｌ２Ａ，Ｌ３Ａの出射方向は、方向調整層２３のマイクロレンズにより上記一端側に変更される。このような出射方向と入射方向とのなす角は、スクリーン２Ａにおける上記基準位置ＳＴから離れるに従って大きくなるように設定されている。このため、スクリーン２Ａへの光の入射位置が、第１方向Ｄ１における他端側に向かうに従って、より一端側に出射されることとなる。これにより、スクリーン２Ａに入射された光線Ｌ２Ａ，Ｌ３Ａは、上記視点Ｖに向かいやすくなる。
このようなスクリーン２Ａを採用することにより、当該スクリーン２Ａに対して第１方向Ｄ１における一端側に位置する投射装置３から投射されて視点Ｖにて視認される画像に、輝度むらが生じることを抑制できる。
なお、上記説明では、投射装置３は、スクリーン２Ａに対して上記一端側に位置したが、これに限らず、他端側に位置していてもよい。この場合でも、方向調整層２３により、入射光の出射方向を調整することで、スクリーン２Ａに入射された画像光が視点Ｖに向かいやすくすることができ、視認画像に輝度むらが生じることを抑制できる。
【００７１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る表示装置は、上記表示装置１と同様の構成及び機能を有するが、観察者Ｐの位置を検出し、当該位置にて適切に視認可能な画像を形成及び投射する点で、上記表示装置１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図１８は、本実施形態に係る表示装置１Ａを示す模式図である。
本実施形態に係る表示装置１Ａは、図１８に示すように、表示制御装置５に代えて表示制御装置５Ａを備える他、観察者の位置及び距離を検出する検出装置７を更に備える他は、上記表示装置１と同様の構成及び機能を有する。なお、スクリーン２に代えてスクリーン２Ａを表示装置１Ａに採用してもよい。
【００７３】
［検出装置の構成］
図１９は、表示装置１Ａにおける上記中心軸Ｃに直交する面での各検出部７１の配置の一例を示す模式図である。
検出装置７は、複数の検出部７１と、処理部７２と、を有する。
複数の検出部７１は、それぞれの検出範囲内の観察者Ｐの位置、すなわち、スクリーン２の中心軸Ｃから観察者Ｐの位置に向かう方向を検出する他、当該観察者Ｐとスクリーン２の中心軸Ｃとの距離を検出する。これら検出部７１は、図１８及び図１９に示すように、スクリーン２の外周面２Ｔに沿って等間隔にそれぞれ配置される（図１９の例では、８つの検出部７１が等間隔に配置されている）。そして、各検出部７１は、検出結果を処理部７２に出力する。
【００７４】
このような検出部７１としては、観察者Ｐの距離及び画像を同時に取得可能なＴＯＦ（Time of Flight）センサー等の距離画像センサーを有する構成を例示できる。この他、検出部７１としては、観察者Ｐの距離を検出する赤外線センサー及び超音波センサー等の各種測距センサーと、観察者Ｐを撮像する撮像装置（カメラ）との組合せを例示できる。なお、検出部７１が撮像装置を有する場合には、当該撮像装置を２台１組とすることで、観察者Ｐの立体的な検出も可能である。
【００７５】
処理部７２は、各検出部７１による検出結果を処理して、表示制御装置５Ａに送信する。具体的に、当該各検出部７１が距離画像センサーを有する構成である場合には、処理部７２は、当該センサーにより検出された観察者Ｐの距離を取得する他、当該センサーにより撮像された画像を取得する。そして、当該処理部７２は、取得された画像、及び、観察者Ｐを検出した検出部７１の位置に基づいて、観察者Ｐの眼Ｅの位置を特定する。
一方、各検出部７１が上記測距センサー及び撮像装置の組合せである場合には、当該測距センサーにより検出された観察者Ｐの距離を取得する他、当該撮像装置により撮像された画像を取得する。そして、処理部７２は、上記と同様に、取得された画像、及び、観察者Ｐを撮像した撮像装置の位置に基づいて、観察者Ｐの位置を特定する。
【００７６】
なお、処理部７２が観察者Ｐの位置を特定する際には、当該処理部７２は、中心軸Ｃから観察者Ｐの位置（詳しくは、観察者Ｐの眼の位置）に向かう方向を、当該中心軸Ｃに直交する方向のうち、予め設定された基準方向に対する角度で表す。例えば、図１９に示すように、中心軸Ｃから検出部７１Ａに向かう方向を基準方向Ｄ３とすると、観察者Ｐ３は、当該基準方向Ｄ３に対して３０度の位置に位置すると表され、観察者Ｐ４は、当該基準方向Ｄ３に対して２４０度の位置に位置すると表される。
そして、処理部７２は、取得された観察者Ｐの距離、及び、当該観察者Ｐの位置を含む観察者情報を、表示制御装置５Ａに送信する。すなわち、検出装置７は、観察者Ｐの位置を検出する位置検出装置と、スクリーン２の中心軸Ｃからの観察者Ｐの距離を検出する距離検出装置と、を有する構成である。
【００７７】
なお、本実施形態では、処理部７２は、上記観察者情報を表示制御装置５Ａに無線で送信する。このため、図１８に示したように、検出装置７と表示制御装置５Ａとが、スクリーン２を挟んで第１方向Ｄ１において互いに反対側に配置されていても、処理部７２は、投射装置３が投射する光をケーブル等によって遮ることなく、上記観察者情報を表示制御装置５Ａに送信できる。
【００７８】
しかしながら、これに限らず、処理部７２が上記観察者情報を有線で表示制御装置５Ａに送信する構成としてもよい。この場合、処理部７２と表示制御装置５Ａとを接続するケーブルを、スクリーン２の内周面２Ｓ又は外周面２Ｔに沿って配置してもよいが、中心軸Ｃ上に配置することで、投射装置３から投射される画像に対する影響を低減できる。
一方、検出装置７と表示制御装置５Ａ（及び記憶装置４）とを、スクリーン２に対して上記第１方向における同じ側に配置してもよい。この場合には、当該ケーブルが各投射装置３から投射される画像光の光路上に配置されることがないので、当該画像光がケーブル等により遮られることを確実に防止できる。
【００７９】
［視点の距離に応じて視認される画像］
ここで、上記説明では、第２方向Ｄ２において、それぞれ位置が異なる視点Ｖでの視認画像ＶＰを形成する画像光を投射する投射装置３は、当該各視点Ｖで異なることを説明した。すなわち、上記視点Ｖ１での視認画像を形成する投射装置３と、上記視点Ｖ２での視認画像を形成する投射装置３とは異なることを説明した。これに加え、中心軸Ｃから同じ方向に位置していても、当該中心軸Ｃからの距離が異なる視点（換言すると、外周面２Ｔからの距離が異なる視点）での視認画像を形成する投射装置３も、それぞれ異なる他、当該視認画像における各部分画像の幅も異なる。
【００８０】
図２０は、上記視点Ｖ１よりスクリーン２の直径方向に中心軸Ｃから離れた視点Ｕに入射される画像光の軌跡、及び、当該画像光を投射する投射装置３を示す模式図である。なお、図２０においては、一部の投射装置３の図示を省略している。
例えば、図２０に示すように、中心軸Ｃから所定寸法離れた視点Ｖ１には、投射装置３のうち、投射装置３０７〜３１３から投射された画像光の一部が入射される。これにより、視点Ｖ１では、図７に示したように、当該画像光の一部によりそれぞれ形成される部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７が上記第２方向に並んだ視認画像ＶＰが視認される。
【００８１】
図２１は、視点Ｕにて視認される視認画像ＶＰＡの一例を示す図である。
しかしながら、図２０に示すように、上記視点Ｖ１よりスクリーン２の直径方向に中心軸Ｃから離れた視点Ｕは、投射装置３０８〜３１２により投射された画像光の入射範囲内に位置するが、投射装置３０７，３１３により投射された画像光の入射範囲外に位置する。このため、当該視点Ｕには、投射装置３０７，３１３からの画像光は入射されず、投射装置３０８〜３１２からの画像光の一部が入射される。従って、図２１に示すように、視点Ｕでは、投射装置３０８〜３１２から投射された画像光の一部によりそれぞれ第１方向Ｄ１に長い部分画像ＶＰＡ５，ＶＰＡ３，ＶＰＡ１，ＶＰＡ２，ＶＰＡ４が上記第２方向Ｄ２に沿って並んだ視認画像ＶＰＡが視認される。なお、これら部分画像ＶＰＡ１〜ＶＰＡ５の第２方向Ｄ２に沿う寸法は、上記部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７の第２方向Ｄ２の寸法より大きくなる。
【００８２】
ところで、視点Ｖ１にて視認される視認画像ＶＰ（図７参照）には、投射装置３０７，３１３により形成される部分画像ＶＰ７，ＶＰ６が含まれるが、視点Ｕにて視認される視認画像ＶＰＡ（図２１参照）には、投射装置３０７，３１３により形成される部分画像が含まれない。このことから、視認画像ＶＰの第２方向Ｄ２における両端部分の画像が、視認画像ＶＰＡには含まれないこととなる。
この場合、視点Ｕにて視認される部分画像ＶＰＡ１〜ＶＰＡ５により、上記部分画像ＶＰ１〜ＶＰ７により構成される視認画像ＶＰを含む画像を投射すれば、視点Ｖ１と視点Ｕとで同じ内容の視認画像を視認できる。
【００８３】
図２２は、図７に示した視認画像ＶＰを部分画像ＶＰＡ１〜ＶＰＡ５により構成した視認画像ＶＰＡの一例を示す図である。
例えば図２２に示すように、視点Ｕにて視認される画像として、投射装置３０８〜３１２は、以下の画像をそれぞれ投射する。すなわち、投射装置３０８は、上記部分画像ＶＰ７の内容と上記部分画像ＶＰ５の内容の一部とを含む部分画像ＶＰＡ５を投射し、投射装置３０９は、上記部分画像ＶＰ５の内容の他の一部と、上記部分画像ＶＰ３の内容の一部とを含む部分画像ＶＰＡ３を投射する。また、投射装置３１０は、当該部分画像ＶＰ３の内容の他の一部と、上記部分画像ＶＰ１の内容と、上記部分画像ＶＰ２の内容の一部とを含む部分画像ＶＰＡ１を投射する。更に、投射装置３１１は、当該部分画像ＶＰ２の内容の他の一部と、上記部分画像ＶＰ４の内容の一部とを含む部分画像ＶＰＡ２を投射し、投射装置３１２は、当該部分画像ＶＰ４の内容の他の一部と、上記部分画像ＶＰ６の内容とを含む部分画像ＶＰＡ４を投射する。
これにより、視点Ｕにて視認される視認画像ＶＰＡに、上記視認画像ＶＰが含まれることとなり、スクリーン２からの距離（中心軸Ｃからの距離）に依らずに、当該スクリーン２に対する観察者Ｐの向きが同じである場合に、同じ画像を観察者Ｐに視認させることができる。
【００８４】
なお、図２２の視認画像ＶＰＡの例では、第１方向Ｄ１の中央に視認画像ＶＰに相当する画像を配置し、当該第１方向Ｄ１の両端を白画像としている。しかしながら、これに限らず、視認画像ＶＰＡにおける視認画像ＶＰに相当する画像の位置は、第１方向Ｄ１の中央でなくてもよく、当該第１方向Ｄ１の一方側に偏っていてもよい。更に、白画像に限らず、黒画像等の他の画像でもよい。
【００８５】
［表示制御装置の構成］
表示制御装置５Ａは、上記表示制御装置５と同様に、各投射装置３を制御するものである。具体的に、表示制御装置５Ａは、上記検出装置７による検出結果、すなわち、検出された観察者Ｐの位置に基づいて、当該観察者Ｐにより視認される画像光を投射する投射装置３に上記投射画像を投射させる一方で、当該観察者Ｐにより視認されない画像光を投射する投射装置３に対して上記投射画像の投射を規制する。これにより、表示装置１Ａの消費電力の低減を図る。
【００８６】
また、表示制御装置５Ａは、記憶装置４に記憶された画像情報、又は、上記外部機器から受信される画像情報に基づいて、各投射装置３に投射させる投射画像を形成する。
具体的に、表示制御装置５Ａは、検出装置７から受信される観察者情報から、上記基準方向Ｄ３に対する観察者Ｐの眼の位置及び距離に基づいて、当該眼の位置（視点）に入射される画像光を投射する投射装置３に対して、当該視点にて上記図２２に例示した視認画像が視認されるように形成した画像を投射させる。これにより、各視点に応じた画像を投射させることができ、ひいては、各視点で、スクリーン２に対する向きに応じた視認画像を視認させることができる。
【００８７】
［第２実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る表示装置１Ａによれば、上記表示装置１と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
表示装置１Ａは、観察者Ｐの位置を検出する検出装置７を備え、表示制御装置５Ａは、複数の投射装置３のうち、検出された観察者Ｐの位置に画像光が入射される投射装置３に当該画像光を投射させ、当該観察者Ｐの位置に画像光が入射されない投射装置３による画像投射を規制する。これによれば、必ずしも全ての投射装置３を動作させる必要がない。従って、表示装置１Ａの消費電力を低減できる。
【００８８】
表示制御装置５Ａは、検出装置７により検出された観察者Ｐの距離に応じて、複数の投射装置３による投射画像のそれぞれの一部により形成され、かつ、当該観察者Ｐの位置で視認される視認画像を構成する部分画像の内容を変更する。例えば、観察者Ｐがスクリーン２から比較的遠い視点Ｕに位置する場合には、当該視点Ｕに入射される画像光を投射する投射装置３０８〜３１２が投射する当該画像光により、スクリーン２に比較的近い視点Ｖ１での視認画像ＶＰが形成されて視認されるように、表示制御装置５Ａが、各投射装置３０８〜３１２に画像光を投射させる。これにより、視点Ｕにて視認される視認画像ＶＰＡには、視認画像ＶＰに対応する画像が含まれることとなる。これによれば、上記中心軸Ｃに対する観察者Ｐの距離が変更されても、当該観察者Ｐは同じ内容が含まれる視認画像を視認できる。従って、画像の見え方を自然なものとすることができる。
【００８９】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、スクリーン２，２Ａは、中心軸Ｃを中心とする円筒形状を有するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、当該円筒形状の一部により構成される円弧状のスクリーンを採用してもよい。この場合、当該スクリーンに画像が投射されるように、複数の投射装置３を上記仮想円ＶＣ上に配列すればよい。
【００９０】
上記各実施形態では、表示装置１は、１８台の投射装置３０１〜３１８を有する構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、複数の投射装置３の数は、上記式（１７）及び式（１８）が成立するように、スクリーン２，２Ａの直径、各投射装置３が配列される上記仮想円ＶＣの直径、及び、スクリーン２，２Ａの第２方向における光の拡散角等に基づいて、適宜変更可能である。一方、各視点で視認される視認画像を構成する各部分画像間に、隙間及び重なりが生じても問題ない場合には、上記式（１７）及び式（１８）は必ずしも成立しなくてもよい。
【００９１】
上記各実施形態では、複数の投射装置３は、それぞれの投射光学装置３３の瞳位置が、スクリーン２，２Ａの直径より小さい仮想円ＶＣ上に位置し、更に、中心軸Ｃに沿って見た場合に、各投射装置３自体がスクリーン２の内側に配列されるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、上記仮想円ＶＣの直径は、スクリーン２，２Ａの直径より大きくてもよく、各投射装置３の少なくとも一部が、スクリーン２，２Ａの外側に位置していてもよい。
また、表示装置１，１Ａは、各投射装置３がスクリーン２の内周面２Ｓに画像光を直接投射する構成であった。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、各投射装置３が反射部材を介して当該内周面２Ｓに画像光を投射する構成としてもよい。この場合、投射装置３による画像光の投射距離を長くすることができるので、スクリーン２に表示される画像を容易に拡大できる。
【００９２】
上記第２実施形態では、表示制御装置５Ａは、観察者Ｐの眼が位置する視点に投射される画像光が入射されない投射装置３による画像投射を制限するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、観察者Ｐの存在に関わらず、各投射装置３が画像光を投射してもよい。この際、本来投射する画像ではなく、他の画像を形成する画像光を投射してもよい。
【００９３】
上記第２実施形態では、表示制御装置５Ａは、スクリーン２からの観察者Ｐの距離（詳しくは、中心軸Ｃからの観察者Ｐの距離）に応じて、各投射装置３により投射されて当該観察者Ｐにより視認される部分画像を変更するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、このような表示制御装置５Ａによる制御はなくてもよく、スクリーン２（中心軸Ｃ）から所定寸法離れた位置に予め設定された視点より遠い位置に観察者Ｐが位置する場合には、他の画像を投射するように構成してもよい。
【００９４】
上記各実施形態では、第２方向Ｄ２において隣り合う投射装置３は、それぞれ同じタイミングで異なる色画像を投射する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、各投射装置３が、同じタイミングで同じ色画像を投射してもよく、複数台ごとに隣り合う投射装置３が、同じタイミングで異なる色画像を投射する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１，１Ａ…表示装置、２，２Ａ…スクリーン、３…投射装置、５，５Ａ…表示制御装置、７…検出装置（位置検出装置、距離検出装置）、２３…方向調整層、３１…光源装置、３２…光変調装置、３３…投射光学装置、Ｃ…中心軸、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｖ（Ｖ１〜Ｖ３），Ｕ…視点、ＶＣ…仮想円。
【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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