WO2013005795A1

WO2013005795A1 - 立体表示装置

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Publication number: WO2013005795A1
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Authority: WO
Inventors: 康博高木
Original assignee: 国立大学法人東京農工大学
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-01-10
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Abstract

　簡易な構成により高品位の立体画像を表示することができるようにする。　光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されたレンズによる回転スクリーン３２を回転駆動する。この回転スクリーン３２に対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂを配置する。

Description

立体表示装置

　本発明は、表示対象を全周から観察することが可能な立体表示装置に関する。

　従来、表示対象を全周から観察することが可能な立体表示装置が種々に提案されている。このような立体表示装置は、全周から垂直表示面を観察する形式の立体表示装置と、全周から水平表示面を観察する方式の立体表示装置とに、大きく分類することができる。

　図１８は、この２種類の方式のうちの前者の方式による立体表示装置の１例を示す図である。この立体表示装置１は、上方より入射する映像光を水平方向に反射するミラー２が設けられ、このミラー２を高速度で回転させる。立体表示装置１は、ミラー２の回転に同期した映像光を上方に配置したプロジェクタ３より送出し、この映像光をミラー２により周囲に振り分けて出射する。これによりこの立体表示装置１は、ミラー２からの出射光を周囲から見て取ることができるようにして所望の立体画像を表示する（A.　Jones,　I.　McDowall,　H.　Yamada,　M.　Bolas,　and　P.　Debevec,　"Rendering　for　an　Interactive　360°　Light　Field　Display,"　ACM　SIGGRAPH　2007.)。

　また図１９は、この前者の方式に分類される立体表示装置の他の例を示す図である。この立体表示装置６は、スクリーン７を回転させ、このスクリーン７の回転により周囲に配置した複数のプロジェクタ８Ａ、８Ｂ、…、８Ｎ、…から送出される映像光を選択的に反射する。これによりこの立体表示装置６は、スクリーン７に表示された画像を各方向より見て取ることができるようにして所望の立体画像を表示する（R.　Otsuka,　T.　Hoshino,　and　Y.　Horry,　"Transpost:　A　novel　approach　to　the　display　and　transmission　of　360　degrees　viewable　3D　solid　images,"　IEEE　Trans.　Vis.　Comput.　Graph.　12,　178-185　(2006).)。

　また図２０は、この前者の方式による立体表示装置の他の例を示す図である。この立体表示装置１１は、垂直方向にＬＥＤを順次配置して形成されたＬＥＤアレイ１２が、円筒形状による内筒回転体１３の外周に所定ピッチで配置され、この内筒回転体１３を所定の回転速度で回転駆動する。またこの内筒回転体１３と同軸状に、この内筒回転体１３を囲む外筒回転体１４が配置され、この外筒回転体１４を、内筒回転体１３とは逆方向に回転駆動する。立体表示装置１１は、この外筒回転体１４にスリット１５が設けられ、これにより内筒回転体１３、外筒回転体１４の回転に同期して、ＬＥＤアレイ１２を駆動することにより、スリット１５を介して立体画像を表示する（T.　Endo,　Y.　Kajiki,　T.　Honda,　and　M.　Sato,　"Cylindrical　3D　video　display　observable　from　all　directions,"　8th　Pacific　Conference　on　Computer　Graphics　and　Applications,　300-306.)

　また図２１は、後者の方式による立体表示装置の１例を示す図である。この立体表示装置１６は、円盤形状による平板スクリーン１７が、その中心を回転軸にして回転駆動される。ここで平板スクリーン１７は、下方から入射した光の光路を斜めに折り曲げて所望の方向に出射するホログラムにより構成される。立体表示装置１６は、この平板スクリーン１７の下方にプロジェクタ１８が配置される。これによりこの立体表示装置１６は、平板スクリーン１７の回転に同期してプロジェクタ１８より映像光を出射して、所望の立体画像を表示する。（H.　Horimai,　D.　Horimai,　T.　Kouketsu,　P.　B.　Lim,　and　M.　Inoue,　"Full-Color　3D　Display　System　with　360　Degree　Horizontal　Viewing　Angle,"　The　International　Symposium　of　3D　and　Contents　2010.）

　また図２２は、後者の方式による立体表示装置の他の例を示す図である。この立体表示装置１９は、上方が開いた形状による円錐スクリーン２０の周囲に、プロジェクタ２１Ａ、２１Ｂ、…、２１Ｎ、…が順次配置される。この立体表示装置１９は、プロジェクタ２１Ａ、２１Ｂ、…、２１Ｎ、…から送出される映像光を、各方向から円錐スクリーン２０を介して見て取ることにより、立体画像を表示する（吉田俊介,　矢野澄男,　安藤広志，"全周囲より観察可能なテーブル型裸眼立体ディスプレイ－表示原理と初期実装に関する検討－"，日本バーチャルリアリティ学会論文誌,　15,　121-124　(2010).)

A.　Jones,　I.　McDowall,　H.　Yamada,　M.　Bolas,　and　P.　Debevec,　"Rendering　for　an　Interactive　360°　Light　Field　Display,"　ACM　SIGGRAPH　2007. R.　Otsuka,　T.　Hoshino,　and　Y.　Horry,　"Transpost:　A　novel　approach　to　the　display　and　transmission　of　360　degrees　viewable　3D　solid　images,"　IEEE　Trans.　Vis.　Comput.　Graph.　12,　178-185　(2006). T.　Endo,　Y.　Kajiki,　T.　Honda,　and　M.　Sato,　"Cylindrical　3D　video　display　observable　from　all　directions,"　8th　Pacific　Conference　on　Computer　Graphics　and　Applications,　300-306. 吉田俊介,　矢野澄男,　安藤広志，"全周囲より観察可能なテーブル型裸眼立体ディスプレイ－表示原理と初期実装に関する検討－"，日本バーチャルリアリティ学会論文誌,　15,　121-124　(2010).

　ところでこれら従来方式の立体表示装置は、実用上未だ不十分な問題がある。すなわち図１８及び図２１の方式による立体表示装置１、１６（以下、高速プロジェクタ型と呼ぶ）は、プロジェクタ３、１８のフレームレートに限界があり、さらにミラー２、平板スクリーン１７の回転数に限界があるため、充分に高品位に立体画像を表示できない問題がある。具体的に、これらの立体表示装置１、１６では、以上の制限により、全周に表示可能な画像数を多くできない問題があり、また各画像の階調数を多くできない問題もある。またさらに立体表示を構成する各画像のフレームレートを高くすることが困難であり、その結果、フリッカが発生する問題もある。また図１８に示す立体表示装置１１では、ミラー２の付近に立体像が形成されることにより、立体像と指先のインタラクションが困難な問題もある。

　これに対して図１９及び図２２に示す立体表示装置６、１９（以下、プロジェクタアレイ型と呼ぶ）では、多数のプロジェクタが必要であることから、全体形状が大型化、複雑化し、スペース、コスト、信頼性、保守性の面で問題が発生する。また図１９の立体表示装置６では、スクリーン７を高速回転しなければならない問題もあり、さらにスクリーン７の付近に立体像が形成されることにより、立体像と指先のインタラクションが困難な問題もある。

　また図２０に示す立体表示装置１１では、外筒回転体１４の内側に立体像が形成されることにより、立体像と指先のインタラクションが困難な問題もある。また回転体１３、１４を高速度で回転させることが必要であることにより、機械的な安定性に欠ける問題もある。

　そこで本発明は、これらの問題点を一挙に解決し、簡易な構成により高品位の立体画像を表示することができる立体表示装置を提案する。

　（１）　回転中心軸が光軸より変位した位置に設定されて、前記回転中心軸を回転中心とした回転により入射光の出射方向を順次変化させる回転スクリーンと、
　前記回転スクリーンの回転中心軸よりオフセットして配置されて、前記回転スクリーンに映像光を出射する複数のプロジェクタとを有する立体表示装置。

　（１）によれば、各プロジェクタの出射光は、回転スクリーンからの出射方向が回転スクリーンの回転に応じて変化することになり、これにより各出射方向に視点を設定して立体画像を表示することができる。また回転中心軸よりオフセットさせてプロジェクタを配置することにより、充分なスペースを確保して複数のプロジェクタを配置することができる。従ってこれら複数のプロジェクタで立体画像の表示を分担することができ、これにより簡易な構成で高品位の立体画像を表示することができる。

　（２）　前記回転スクリーンが、
レンズとしての機能に加えて、前記回転中心と光軸を結ぶ方向に光を拡散させる機能を有する
　（１）に記載の立体表示装置。

　（２）によれば、光を拡散させる方向に視点を拡大することができる。

　（３）　前記回転スクリーンが、
　反射型レンズである、
　（１）、又は（２）に記載の立体表示装置。

　（３）によれば、回転スクリーンのプロジェクタを配置した側に立体画像を表示することができる。従ってこれとは逆側の構成を簡略化することができ、回転ミラーを簡易な構成により駆動することができる。

　（４）　前記回転スクリーンが、
レンズとしての機能に加えて、前記回転中心と光軸を結ぶ方向に光を拡散させる機能を有する
　（３）に記載の立体表示装置。

　（４）では、（３）の構成において、光を拡散させる方向に視点を拡大することができる。

　（５）　前記複数のプロジェクタは、
　カラー画像を構成する各色信号の画像データによりそれぞれ駆動される（１）、（２）、（３）、又は（４）に記載の立体表示装置。

　（５）によれば、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによるカラー画像を構成する色信号の分担により実行することができる。

　（６）　前記複数のプロジェクタは、
　順次段階的に出射光量が立ち上がるように設定されて、１つの立体表示用の画像データを構成するビットが、前記出射光量の設定に対応して割り当てられ、該割り当てられたビットのデータにより駆動される（１）、（２）、（３）、又は（４）に記載の立体表示装置。

　（６）によれば、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによる画像データのビットの分担により実行することができる。

　（７）　前記複数のプロジェクタは、
　前記回転スクリーンの回転により順次循環的に映像光を出射する（１）、（２）、（３）、又は（４）に記載の立体表示装置。

　（７）によれば、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによる視点の分担により実行することができる。

　本発明によれば、簡易な構成により高品位の立体画像を表示することができる。

本発明による立体表示装置の原理の説明に供する図である。図１の構成による視点の説明に供する図である。図１の続きの説明に供する図である。図３の構成による視点の説明に供する図である。図３の続きの説明に供する図である。収束光線、平行光線、発散光線により各視点にプロジェクタの出射光を供給する構成を示す図である。従来構成との比較を示す図表である。本発明の第１実施形態の立体表示装置を示す図である。図８の立体表示装置の回転スクリーンの説明に供する図である。本発明の第２実施形態の立体表示装置を示す図である。図１０の立体表示装置の動作の説明に供する図である。本発明の第３実施形態の立体表示装置を示す図表である。本発明の第４実施形態の立体表示装置を示す図表である。本発明の第５実施形態の立体表示装置を示す図表である。本発明による他の立体表示装置の原理の説明に供する図である。図１５の構成による視点の説明に供する図である。本発明の第６実施形態の立体表示装置を示す図である。従来の立体表示装置を示す図である。図１５とは異なる例による従来の立体表示装置を示す図である。ＬＥＤアレイによる従来の立体表示装置を示す図である。図１８、１９、２０に示す例とは異なる方式による従来の立体表示装置を示す図である。図２１とは異なる方式による立体表示装置を示す図である。

　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。

　〔動作原理〕
　図１は、本発明に係る立体表示装置の原理の説明に供する断面図である。この図１に示す光学系は、回転スクリーン２２を回転中心により回転駆動する。またこの回転スクリーン２２の回転軸上にプロジェクタ２３を配置し、このプロジェクタ２３より回転スクリーン２２に所望の画像を投影する。ここで回転スクリーン２２は、破線により示すように、凸レンズ２４の一部を円形形状に切り取ったスクリーンであり、この円形形状の中心が回転中心に設定されて、凸レンズ２４の光軸に対して回転中心が偏心した位置に設定される。

　この光学系において、プロジェクタ２３からの出射光は、破線により示すように、レンズ中心（光学中心である光軸の位置である）とプロジェクタ２３とを結ぶ直線上に集光され、この集光位置に視点が形成されることになる。なおプロジェクタ２３は、回転スクリーン２２の焦点位置より遠い位置にあるものとする。この光学系では、レンズ中心に対して回転スクリーン２２の回転中心がオフセットしていることにより、図２に示すように、回転スクリーン２２の回転に伴い、この回転スクリーン２２の回転中心を回転中心にして、回転スクリーン２２のレンズ中心Ｏが回転することになり、その結果、視点の位置も回転スクリーン２２の回転中心を中心にして変化することになる。すなわち回転スクリーン２２が半回転すると、図１において、レンズ中心は符号Ｏ１により示す位置から符号Ｏ２により示す位置に変化することになり、これに伴い視点の位置も変化することになる。これによりこの図１の光学系では、この視点の移動に同期してプロジェクタ２３より投影する画像を順次切り換えれば、立体画像を表示することができる。

　なおこのようなレンズとしての機能（レンズ機能）に加えて、出射光を一方向に拡散する機能（一方向拡散機能）を回転スクリーン２２に設けるようにしてもよい。なおこの出射光を拡散する方向は、レンズ中心と回転中心を結ぶ方向とする。この場合、図１に示す集光位置である視点が垂直方向に広がり、図２に示す水平方向の視点位置は変化を受けないことになる。その結果、視点が垂直方向にのみ広がり、さまざまな高さから立体像を観察することが可能になる。

　この図１の構成に対して、図３に示すように、回転スクリーン２２の回転中心からプロジェクタ２３を一定距離だけオフセットさせて配置する。ここでレンズ中心Ｏ（Ｏ１、Ｏ２）から回転中心までの距離をＲとし、プロジェクタ２３のオフセット量（回転スクリーン２２の回転中心からプロジェクタ２３の光軸までの距離）をｒとする。この場合、回転スクリーン２２に係る結像式より、回転スクリーン２２の回転に伴う視点の動きを計算することができる。図４は、この視点の動きを示す図である。この図４に示すように、プロジェクタ２３をオフセットさせて配置しても、プロジェクタ２３を回転スクリーン２２の回転中心軸上に配置する場合と同様に、回転中心の周囲に順次視点が形成されるものの、この視点の形成位置は、回転中心から偏ったものとなる。なお図４においては、回転中心を原点とした直交座標系によりこの視点の軌跡を示す。

　しかしながらこの図３の例では、プロジェクタ２３を回転中心軸よりオフセットさせて配置できることにより、複数のプロジェクタを配置することができる。しかして図５は、回転中心軸を間に挟んで対称に第１及び第２のプロジェクタＡ及びＢを配置した場合の視点の軌跡を示す図である。この場合、回転中心軸に対する２つのプロジェクタのオフセット量の分だけ、２つのプロジェクタによる視点の軌跡が異なる位置に作成されるものの、この２つの軌跡上の視点から見た画像を合成して対応するプロジェクタで表示することで、この２つのプロジェクタで分担して立体画像を表示することができる。従ってこの２つのプロジェクタの駆動の設定により、従来構成に係る各種の問題点を一挙に解決して、従来に比して高品位の画像を簡易な構成により表示することができる。またプロジェクタの配置に係る各種の問題点も有効に回避することができる。

　またさらにこの光学系の構成では、回転スクリーン２２に係る構成を変更することにより、画像表示に供する光線状態を種々に変更することができる。すなわち図６（Ａ）に示すように、回転スクリーン２２の焦点より遠ざかった位置にプロジェクタ２３を配置すれば、上述のように回転スクリーン２２によりプロジェクタ２３の出射光を視点に集光することができる。またこれより回転スクリーン２２の焦点位置にプロジェクタ２３を配置すれば、図６（Ｂ）に示すように、各視点に対して平行光線によりプロジェクタ２３の出射光を導くことができる。また回転スクリーン２２の焦点位置より内側にプロジェクタ２３を配置すれば、図６（Ｃ）に示すように、発散光によりプロジェクタ２３の出射光を出射することができる。これにより必要に応じてプロジェクタ２３の配置位置を選定して、視点の位置におけるプロジェクタからの光の広がりを種々に変更することができる。またこれまでは回転スクリーンを凸レンズで代表される正のレンズとしたが、負のレンズとすることもできる。この場合は、図６（Ｃ）と同様に発散光を出射することができる。

　図７は、従来方式の立体表示装置と本方式との対比を示す図表である。プロジェクタアレイ型の場合、視点数Ｖを確保するためには、Ｖ個のプロジェクタが必要であり、また各画像の階調数は、各プロジェクタの階調数Ｌとなる。また高速プロジェクタ型では、プロジェクタが１台で済むものの、視点数は、fp／fとなる。なおここでfpは、プロジェクタのフレームレートであり、ｆは立体表示に係る各画像のフレームレートである。なおこの場合、ミラー、スクリーンの回転数は60ｆであり、階調数はプロジェクタの階調数Ｌとなる。

　これに対して上述した原理による構成によれば、プロジェクタ数の増大を、立体表示に係る各画像のフレームレートの増大、階調数の増大、視点数の増大に割り当てることができる。すなわちこの構成によれば、プロジェクタ数をＮとすると、ａｂｃ＝Ｎの拘束条件の下で、視点数を(fp／f)a、回転スクリーンの回転数を60f／b、階調数をLのｃ乗に設定することができる。

　またこのように構成する場合には、全周から回転スクリーン上に形成された立体画像を観察することができ、さらには何らスクリーン等が配置されていない空間上に立体画像を表示することができ、これにより立体画像と指先とのインタラクションを可能とすることができる。

　〔第１実施形態〕
　図８は、本発明の第１実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置３１は、円盤形状による回転スクリーン３２が設けられ、この回転スクリーン３２が、その中心軸を回転軸にして回転駆動される。立体表示装置３１は、回転スクリーン３２の上方、回転中心軸より所定距離されオフセットした位置に、回転中心軸を基準にして１８０度対向するように第１及び第２のプロジェクタ３３Ａ及び３３Ｂが配置される。

　ここで図９に示すように、回転スクリーン３２は、プロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ側より回転スクリーン本体３２Ａ、レンチキュラレンズ３２Ｂ、ミラー３２Ｃが順次配置されて形成される。ここで回転スクリーン本体３２Ａは、図１等について上述したと同様の、光軸に対して中心が偏心した凸レンズであり、この実施の形態ではフレネルレンズにより構成される。レンチキュラレンズ３２Ｂは、一次元レンズの一次元アレイであり、一方向拡散機能を発揮する一方向拡散板として機能し、一次元レンズの配列方向が回転スクリーンのレンズ中心と回転中心を結ぶ方向に配置される。これによりこの立体表示装置３１は、上方に配置したプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂの出射光を、ミラー３２Ｃにより反射し、プロジェクタ３３Ａ、３３Ｂが配置されている側に、立体表示用の視点を生成する。この立体表示装置３１では、このようにプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂが配置されている側に、立体表示用の視点を生成することにより、回転スクリーン３２の駆動に供する構成を簡略化することができる。

　以上の構成によれば、光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されている凸レンズによる回転スクリーンに対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタを配置することにより、従来方式による問題点を一挙に解決し、簡易な構成により高品位の立体画像を表示することができる。

　また凸レンズによるフレネルレンズと、ミラーと、フレネルレンズとミラーとの間に配置されて、回転中心軸とフレネルレンズ中心を結ぶ方向に透過光の光束を拡散させるレンチキュラレンズとにより回転スクリーンを構成することにより、回転スクリーンの駆動に供する構成を簡略化することができる。

　〔第２実施形態〕
　図１０は、本発明の第２実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置４１は、回転スクリーン３２の回転中心軸よりそれぞれオフセットして、ほぼ１２０度の角間隔により３つのプロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂが配置される。この立体表示装置４１は、このプロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂに関する構成が異なる点を除いて、図８の立体表示装置３１と同一に構成される。

　ここでこの立体表示装置４１は、カラー画像を構成する色信号の画像データＤＲ、ＤＧ、ＤＢにより各プロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂをそれぞれ駆動し、これにより立体画像の表示を、複数のプロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂによる色信号の分担により実行する。また各プロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは、それぞれ対応する色信号に係る画像のみを表示可能に構成される。これにより図１１に示すように、この立体表示装置４１では、回転スクリーン３２の回転中心を中心にして、各プロジェクタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂによる３種類の視点Ｒ、Ｇ、Ｂの軌跡が作成される。

　この実施の形態では、光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されている凸レンズによる回転スクリーンに対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタを配置するようにして、この複数のプロジェクタによりカラー画像を構成する色信号を分担してカラー画像を表示することにより、色再現性の高いカラー画像による立体画像を簡易な構成により高品位に表示することができる。

　〔第３実施形態〕
　図１２は、本発明の第３実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置５１は、回転スクリーン３２の回転中心軸よりそれぞれオフセットして、ほぼ１２０度の角間隔により３つのプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃが配置される。この立体表示装置５１は、このプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃに関する構成が異なる点を除いて、図８の立体表示装置３１と同一に構成される。

　ここでプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃは、順次、最大の出射光量が２のべき乗により増大するように設定される。具体的に、プロジェクタ３３Ａの最大の出射光量に対して、プロジェクタ３３Ｂは最大の出射光量が２倍に設定される。またプロジェクタ３３Ｂの最大の出射光量に対して、プロジェクタ３３Ｃは最大の出射光量が２倍に設定される。

　この立体表示装置５１は、３ビットによる画像データＤ１により立体画像を表示し、この３ビットによる画像データの最下位ビットｄ０により最大の出射光量が最も小さいプロジェクタ２３Ａを駆動する。また続くビットｄ１により続く出射光量のプロジェクタ３３Ｂを駆動し、最上位ビットｄ２により最も出射光量の大きなプロジェクタ３３Ｃを駆動する。これによりこの実施の形態では、立体画像の表示を、複数のプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃによる画像データＤ１のビットの分担により実行する。

　この実施の形態では、光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されている凸レンズによる回転スクリーンに対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタを配置するようにして、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによる画像データのビットの分担により実行することにより、高階調の立体画像を簡易な構成により表示することができる。

　〔第４実施形態〕
　図１３は、本発明の第４実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置６１は、回転スクリーン３２の回転中心軸よりそれぞれオフセットして、ほぼ１２０度の角間隔により３つのプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃが配置される。この立体表示装置６１は、このプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃに関する構成が異なる点を除いて、図８の立体表示装置３１と同一に構成される。

　この立体表示装置６１は、順次循環的に接点を切り換えるセレクタ６２を介して、画像データＤ１が順次循環的にプロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃに供給され、各プロジェクタ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃは、それぞれこの順次循環的な画像データの供給に対応して、対応する画像データの入力により間欠的に映像光を出射する。これによりこの立体表示装置６１は、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによる視点の分担により実行する。

　この実施の形態では、光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されている凸レンズによる回転スクリーンに対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタを配置するようにして、立体画像の表示を、複数のプロジェクタによる視点の分担により実行することにより、簡易な構成により立体画像を表示するようにして、立体表示の視点数を増加させて全周に表示可能な画像数を多くすることができる。

〔第５実施形態〕
　図１４は、本発明の第５実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置７１は、回転スクリーン３２の回転駆動に係る構成が異なる点を除いて、図１３の立体表示装置６１と同一に構成される。なおこれにより図１３の立体表示装置６１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

　この実施形態では、駆動回路７３によるモータ７２の駆動により、回転スクリーン３２を回転駆動する。駆動回路７３は、一周分の視点に対応する画像データＤ１の繰り返し周期Ｔに対して、この周期Ｔの１／３の周期でモータ７２を回転する。これによりこの実施の形態では、時間軸方向に係る視点形成を３台のプロジェクタで分担して、回転スクリーン３２の回転速度を低減する。

　この実施の形態では、光軸に対して回転中心が偏った位置に設定されている凸レンズによる回転スクリーンに対して、回転中心軸よりオフセットさせて複数のプロジェクタを配置するようにして、立体画像の表示に係る時間軸方向の視点形成を３台のプロジェクタで分担することにより、スクリーンの回転数をプロジェクタの台数分の１に減じて立体画像を表示することができる。

〔第６実施形態〕
　図１５は、本発明に係る他の立体表示装置の原理の説明に供する断面図である。図１５に示す実施形態では、回転スクリーンから異なる距離に配置される複数のプロジェクタを用いる点が図３の構成とは異なる。

　図３の構成に対して、図１５に示すように、回転スクリーン２２の回転中心からプロジェクタ２３ａ及び２３ｂを一定距離だけオフセットさせて配置する。ここでプロジェクタ２３ａのオフセット量（回転スクリーン２２の回転中心からプロジェクタ２３ａの光軸までの距離）をｒ１とし、プロジェクタ２３ｂのオフセット量（回転スクリーン２２の回転中心からプロジェクタ２３ｂの光軸までの距離）をｒ２とする。

　また、回転スクリーン２２からプロジェクタ２３ａまでの距離をｄａとし、回転スクリーン２２からプロジェクタ２３ｂまでの距離をｄｂとする。図１５に示す構成では、距離ｄａ＞距離ｄｂとなっている。

　図１５に示すように、回転スクリーン２２とプロジェクタ２３ａ及び２３ｂとの距離を変化させると、回転スクリーン２２と視点との距離が変化する（図１５の視点ａ及び視点ｂ）。

　このように、回転スクリーン２２から異なる距離にある複数のプロジェクタ２３ａ及び２３ｂを用いることにより、回転スクリーン２２から異なる距離にある複数の円周上に多数の視点を形成することができる。

　図１６は、図１５の構成による視点の動きを示す図である。図１６に示すように、回転スクリーン２２とプロジェクタ２３ａ及び２３ｂとの距離を変化させると、回転スクリーン２２と視点ａ及びｂが形成される円周の距離が変化すると共に、視点ａ及びｂが形成される円周の半径も変化する。

　よって、回転スクリーン２２から異なる距離にある複数のプロジェクタ２３ａ及び２３ｂを用いることにより、異なる高さにある異なる半径の円周上に多数の視点を形成することができる。

　図１７は、本発明の第６実施形態の立体表示装置を示す図である。この立体表示装置８１は、回転スクリーン３２の上方、回転中心軸より所定距離されオフセットした位置に、第１及び第２のプロジェクタ３３Ｄ及び３３Ｅが配置される。第１のプロジェクタ３３Ｄから回転スクリーン３２までの距離は、第２のプロジェクタ３３Ｅから回転スクリーン３２までの距離よりも長くなっている。

　図１７に示すように、複数のプロジェクタ（第１及び第２のプロジェクタ３３Ｄ及び３３Ｅ）を回転スクリーン３２から異なる距離に配置することにより、回転スクリーン３２から異なる高さにある異なる円周上に多数の視点を形成することができる。

　また、視点の高さに応じた視差画像をプロジェクタで表示することにより、観察者の目の垂直位置に応じた視差を有する立体画像を表示することができる。すなわち、垂直視差を有する立体画像を表示することができる。

　なお、図１７の構成を用いる場合には、回転スクリーン３２から垂直方向拡散板を取り除き、垂直方向に光が拡散しないようにする必要がある。

　以上では、２台のプロジェクタを用いて説明したが、３台以上の複数のプロジェクタを用いることも当然可能であり、プロジェクタ数と等しい数の垂直方向の視点数（垂直視差）が得られる。

　また、プロジェクタの配置については、プロジェクタをスクリーンから同じ距離に配置する方法（第１から第５の実施形態）と、プロジェクタをスクリーンから異なる距離に配置する方法（第６実施形態）を組み合わせて用いることも可能である。すなわち、スクリーンから同じ距離にも異なる距離にも複数のプロジェクタを配置することも可能である。
この場合、フレームレートの増大、階調数の増大、視点数の増大に加えて、垂直視差の付与も実現できる。
　なおこのようにスクリーンに対して種々にプロジェクタを配置する場合に、ハーフミラーを光路上に配置し、複数系統のプロジェクタからの出射光の光軸を重ね合わせるようにしても良いことは言うまでも無い。

　〔他の実施形態〕
　以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に組み合わせることができ、さらには上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。

　すなわち上述の実施形態では、回転スクリーンにミラーを設け、プロジェクタを配置した側に視点を作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ミラーを省略して、プロジェクタを配置した側と逆側に視点を作製するようにしてもよい。なおこの場合、回転スクリーンの下にプロジェクタを配置して、立体画像を表示する側の構成をすっきりとしたものにすることができる。

　また上述の実施形態では、回転スクリーンを構成するフレネルレンズとレンチキュラレンズに関して、フレネルレンズを上にレンチキュラレンズを下にして説明したが、これを上下逆にして用いることもできる。また、フレネルレンズのかわりに、ホログラムなどのレンズ機能を有する光学素子を用いることもでき、上述したように正のレンズを使用しても良く、負のレンズを使用してもよい。また、レンチキュラレンズのかわりに、ホログラムなどの一方向拡散機能を有する光学素子を用いることもできる。これらのかわりに、レンズ機能と一方向拡散機能の両方の機能を有する光学素子を用いることもできる。さらに、ミラー機能も組み合わせ、反射型レンズ、反射型一方向拡散板、およびレンズ機能と一方向拡散機能の両方を有する反射型光学素子を用いることもできる。

　また上述の実施形態では、複数のプロジェクタを１種類の立体画像に係る画像データにより駆動する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数のプロジェクタを異なる立体画像に係る画像データにより駆動する場合にも広く適用することができる。すなわち、視点の位置によって異なる画像を表示することで、観察位置によって異なる立体像を表示することができる。

　また上述の実施形態では、立体表示の視差は水平視差に限られ、水平視差型の立体表示となるが、観察者の目の垂直位置を検出し、それに応じた垂直視差を有する画像を表示することで、疑似的に垂直視差を実現することができる。

　１、６、１１、１６、１９、３１、４１、５１、６１、７１　立体表示装置
　２　ミラー
　３、８Ａ～８Ｎ、１８、２１Ａ～２１Ｎ、２３、３３Ａ～３３Ｃ、３３Ｂ、３３Ｇ、３３Ｒ　プロジェクタ
　７　スクリーン
　１２　ＬＥＤアレイ
　１３、１４　回転体
　１５　スリット
　１７　平板スクリーン
　２０　円錐スクリーン
　２２、３２　回転スクリーン
　２４　凸レンズ
　３２Ａ　回転スクリーン本体
　３２Ｂ　レンチキュラレンズ
　３２Ｃ　ミラー
　６２　セレクタ
　７２　モータ
　７３　駆動回路

Claims

　回転中心軸が光軸より変位した位置に設定されて、前記回転中心軸を回転中心とした回転により入射光の出射方向を順次変化させる回転スクリーンと、
　前記回転スクリーンの回転中心軸よりオフセットして配置されて、前記回転スクリーンに映像光を出射する複数のプロジェクタとを有する
　立体表示装置。
　前記回転スクリーンが、
レンズとしての機能に加えて、前記回転中心と光軸を結ぶ方向に光を拡散させる機能を有する
　請求項１に記載の立体表示装置。
　前記回転スクリーンが、
　反射型レンズである、
　請求項１、又は請求項２に記載の立体表示装置。
　前記回転スクリーンが、
レンズとしての機能に加えて、前記回転中心と光軸を結ぶ方向に光を拡散させる機能を有する
　請求項３に記載の立体表示装置。
　前記複数のプロジェクタは、
　カラー画像を構成する各色信号の画像データによりそれぞれ駆動される
　請求項１に記載の立体表示装置。
　前記複数のプロジェクタは、
　順次段階的に出射光量が立ち上がるように設定されて、１つの立体表示用の画像データを構成するビットが、前記出射光量の設定に対応して割り当てられ、該割り当てられたビットのデータにより駆動される
　請求項１に記載の立体表示装置。
　前記複数のプロジェクタは、
　前記回転スクリーンの回転により順次循環的に映像光を出射する
　請求項１に記載の立体表示装置。