JP6232229B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本願発明は、インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置に関する。

空間像再生方式の一つとして、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）が知られている。このＩＰ方式を適用した撮影装置は、複数の要素レンズを二次元配置させたレンズアレイを通して被写体から到来する光束を撮影し、複数の要素画像（要素画像群）を生成する。また、ＩＰ方式を適用した表示装置は、複数の要素画像を表示部に表示させ、この表示部から発せられる光束をレンズアレイに通すことによって、空間に立体映像を表示する。つまり、ＩＰ方式は、表示装置の表示部から到来する光束が、実際の被写体から到来する光束と同じになるように、光の像を再現する表示方式である。

ＩＰ方式を適用した表示装置において、視域は、要素画像の大きさ、要素レンズの焦点距離、及び、観察者とレンズアレイとの距離（観察距離）に応じて決まる。視域とは、幾何学的な歪や劣化がない立体映像を表示できる三次元空間の範囲のことである。この視域は、観察距離が一定であれば、要素レンズの密度を高くする又は焦点距離を長くすると、狭くなる。また、視域は、ＩＰ方式の実用性の点において、広い方が好ましい。

また、ＩＰ方式を適用した表示装置では、レンズアレイにおける要素レンズの密度を高くすると、立体映像を高精細化できる。さらに、ＩＰ方式を適用した表示装置では、レンズアレイとして、焦点距離が長い要素レンズを用いると、立体映像のぼけを少なくできる。

以上のように、ＩＰ方式では、視域の拡大と立体映像の品質とは相反する関係を有し、これらの両立は容易でない。

ところで、従来のＩＰ方式において、立体映像の表示に、高精細化を実現した投写型ディスプレイを使用すれば、画面サイズを大きくしても、高画質を維持することができる。また、投写型ディスプレイは、設置する場所に応じて、画面サイズを大小できるという自由度もある。

そこで、前記した投写型ディスプレイの利点に着目し、従来のＩＰ方式に投写型ディスプレイを適用した発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発明は、観察者側に投写型ディスプレイを配置することで、立体映像の解像度特性の劣化を防止し、設置場所の制限をなくしたものである。

特許第４７４１３９５号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、要素画像の大きさ、要素レンズの焦点距離及び観察距離がおのずと制限され、立体映像を様々な視点で表示できる程、１つの視域を広くすることが困難である。

また、従来のＩＰ方式では、立体映像に対する視域（真の視域）の周囲に、他の視域（偽の視域）が生ずることが知られている。他の視域は、要素画像からの光が、その要素画像に対応する要素レンズに隣接する要素レンズを通ることによって生ずる。つまり、従来のＩＰ方式では、他の視域でも真の視域と同じ立体映像が表示されるに過ぎず、立体映像を様々な視点で表示しているわけでない。

そこで、本願発明は、前記した問題を解決し、立体映像を様々な視点で表示できる立体映像表示装置を提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本願発明に係る一の立体映像表示装置は、被写体が撮影された要素画像群を用いて、インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置であって、複数の映像投射手段と、光学素子と、レンズアレイと、反射部材と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、立体映像表示装置は、複数の映像投射手段が、下記の式（１）を満たすように同一直線上に配置される。そして、立体映像表示装置は、複数の映像投射手段によって、同一直線上の異なる視点で撮影された要素画像群がそれぞれ入力され、入力された要素画像群を投射する。
φ＝ｔａｎ^−１（ｍｐ／ｆ） …式（１）

この式（１）では、各映像投射手段の光軸とレンズアレイの中心軸とのなす角がφ、反射部材による反射の前後で要素画像群の光が通過する要素レンズの間隔数がｍ（但し、ｍは重複しないように各映像投射手段に予め割り当てられる）、要素レンズの間隔がｐ、要素レンズの焦点距離がｆを表している。

また、立体映像表示装置は、光学素子によって、複数の映像投射手段が投射した要素画像群の光を平行光に変換する。そして、立体映像表示装置は、レンズアレイによって、要素レンズが所定の間隔で同一平面上に配置され、光学素子で変換された要素画像群の光が入射する。さらに、立体映像表示装置は、反射部材によって、レンズアレイを通過した要素画像群の光を、立体映像の表示位置に向けて反射する。これにより、各映像投射手段は、異なる視点の要素画像群が表示される視域をそれぞれ形成することになる。
ここで、複数の映像投射手段が、各映像投射手段の光軸とレンズアレイの中心軸とが直交するように配置され、複数の映像投射手段と光学素子又はレンズアレイとの間にハーフミラーを備える。

また、前記した課題に鑑みて、本願発明に係る他の立体映像表示装置は、被写体が撮影された要素画像群を用いて、インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置であって、複数の映像投射手段と、レンズアレイと、光学素子と、反射部材と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、立体映像表示装置は、複数の映像投射手段が、前記した式（１）を満たすように同一直線上に配置される。そして、立体映像表示装置は、複数の映像投射手段によって、同一直線上の異なる視点で撮影された要素画像群がそれぞれ入力され、入力された要素画像群を投射する。

また、立体映像表示装置は、レンズアレイによって、要素レンズが所定の間隔で同一平面上に配置され、複数の映像投射手段により投射された要素画像群の光が入射する。そして、立体映像表示装置は、光学素子によって、レンズアレイを通過した要素画像群の光を平行光に変換する。さらに、立体映像表示装置は、反射部材によって、光学素子で変換された要素画像群の光を、立体映像の表示位置に向けて反射する。これにより、各映像投射手段は、異なる視点の要素画像群が表示される視域をそれぞれ形成することになる。
ここで、複数の映像投射手段が、各映像投射手段の光軸とレンズアレイの中心軸とが直交するように配置され、複数の映像投射手段とレンズアレイとの間にハーフミラーを備える。

本願発明に係る立体映像表示装置は、異なる視点の要素画像群が表示される視域をそれぞれ形成するので、異なる視点で被写体の立体映像を表示することができる。

本願発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 図１の立体映像表示装置の正面図である。 （ａ）は図１の映像投射手段の配置を示す上面図であり、（ｂ）は視域の形成を説明するための上面図である。 間隔数ｍ＝１の場合において、（ａ）は図１の平面鏡で反射される前の主光線を示す上面図であり、（ｂ）は平面鏡で反射された後の主光線を示す上面図である。 間隔数ｍ＝２の場合において、（ａ）は図１の平面鏡で反射される前の主光線を示す上面図であり、（ｂ）は平面鏡で反射された後の主光線を示す上面図である。 （ａ）は図１の立体映像表示装置の側面図であり、（ｂ）は平面鏡で反射される前の主光線を示す側面図であり、（ｃ）は平面鏡で反射された後の主光線を示す側面図であり、（ｄ）は視域の形成を説明するための側面図である。 本願発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 （ａ）は図７の立体映像表示装置の側面図であり、（ｂ）は平面鏡による反射前後の主光線を示す側面図であり、（ｃ）は視域の形成を説明するための側面図である。 本願発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 図９の立体映像表示装置において、平面鏡による反射前後の主光線を示す側面図である。 図９の立体映像表示装置において、（ａ）は両凸レンズを説明するための側面図であり、（ｂ）は片凸レンズを説明するための側面図であり、（ｃ）は凹面鏡を説明するための側面図である。 本願発明の第４実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 図１２の立体映像表示装置の正面図である。 （ａ）は図１２の平面鏡で反射される前の主光線を示す上面図であり、（ｂ）は平面鏡で反射された後の主光線を示す上面図である。 図１２の立体映像表示装置において、視域の形成を説明するための側面図である。 本願発明の第５実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 図１６の立体映像表示装置の正面図である。 図１６の立体映像表示装置において、平面鏡による反射前後の主光線を示す側面図である。 本願発明の第６実施形態に係る立体映像表示装置の構成を示す側面図である。 図１９の立体映像表示装置の正面図である。 図１９の立体映像表示装置において、平面鏡による反射前後の主光線を示す側面図である。 図１９の立体映像表示装置において、（ａ）は両凸レンズを説明するための側面図であり、（ｂ）は片凸レンズを説明するための側面図であり、（ｃ）は凹面鏡を説明するための側面図である。

以下、本願発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、説明を省略した。

（第１実施形態）
［立体映像表示装置の構成］
図１，図２を参照し、本願発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置１の構成について、説明する。

図１の垂直軸が上下方向であり、図２の水平軸が左右方向である。
図１では、映像投射手段３の光軸を一点鎖線で図示し、要素画像群の光が投射される領域を実線で図示した（図７，図９，図１２，図１６，図１９も同様）。
図２では、前方から見るとレンズアレイ９及び平面鏡１１がハーフミラー７に隠れるため、図示していない。
図２では、投射レンズ３ａ及び表示素子３ｂの図示を省略した（図１３，図１７，図２０も同様）。

図１に示すように、立体映像表示装置１は、被写体が撮影された要素画像群を用いて、ＩＰ方式により被写体の立体映像を表示するものであり、Ｎ台の映像投射手段３と、凸レンズ（光学素子）５と、ハーフミラー７と、レンズアレイ９と、平面鏡（反射部材）１１とを備える。

この立体映像表示装置１は、映像投射手段３から、凸レンズ５を通過し、ハーフミラー７で向きを変えて、レンズアレイ９を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１は、平面鏡１１で反射された後、レンズアレイ９及びハーフミラー７を通過し、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

図１にはユーザＯを図示した。このユーザＯは、立体映像表示装置１が表示する立体映像（不図示）を見る人物である。

映像投射手段３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１（３）は、外部から入力された要素画像群を投射するものであり、例えば、斜め投射機能を備えた一般的なプロジェクターである（ｎ＝１，２，…，Ｎ：但し、Ｎは２以上の整数）。

映像投射手段３は、投射レンズ３ａと、表示素子３ｂとを備える。この投射レンズ３ａは、入力された要素画像群を要素レンズ９ａ（図４）に結像するように調整されている。また、表示素子３ｂは、要素画像群の映像信号に応じた光を出射するマイクロディスプレイデバイスである。

図１のように側面視した場合、映像投射手段３は、光軸を下に向けて、凸レンズ５の焦平面上に投射レンズ３ａが位置する。この凸レンズ５の焦平面とは、凸レンズ５の焦点を通って、凸レンズ５の光軸に垂直な平面のことである。図２のように正面視した場合、３台の映像投射手段３が、凸レンズ５の焦平面上であって、左右の同一直線上（つまり、水平軸方向）に配置されている。

ここで、映像投射手段３に入力された要素画像群は、映像投射手段３が配置された左右の直線方向で異なる視点から、被写体が撮影されたものである。これら要素画像群は、例えば、立体映像撮影装置（不図示）により、被写体を異なる視点で撮影したものである。また、これら要素画像群は、コンピュータ（不図示）により、ある視点で被写体が撮影された映像から、異なる視点の要素画像群をＣＧ（Computer Graphics）合成したものでもよい。

凸レンズ５は、映像投射手段３が投射した要素画像群の光を平行光に変換するものである。この凸レンズ５は、図１のように側面視した場合、凸レンズ５の中心軸が映像投射手段３の光軸に一致するように、映像投射手段３の下に配置される。また、凸レンズ５は、映像投射手段３の画角をカバーできる大きさであることが好ましい。

ハーフミラー７は、凸レンズ５から出射された要素画像群の光がレンズアレイ９に入射するように、この要素画像群の光を反射するものである。また、ハーフミラー７は、平面鏡１１で反射された要素画像群の光をそのまま通過させる。従って、ハーフミラー７は、図１に示すように、凸レンズ５及び平面鏡１１の中心軸が直交する位置で、垂直軸に対して斜め４５°に配置される。

レンズアレイ９は、複数の要素レンズ９ａが所定の間隔でレンズ配置面（同一平面）上に配置されたものである。本実施形態では、レンズ配置面は、水平軸方向及び垂直軸方向の平面となる。また、要素レンズ９ａは、要素画像群を構成する要素画像に対応した微小な凸レンズである。例えば、各要素レンズ９ａは、水平軸方向及び垂直軸方向で整列してもよく、互いに半分ずらしてもよい（デルタ配置）。

レンズアレイ９は、ハーフミラー７で反射された要素画像群の光が入射し、入射した要素画像群の光を平面鏡１１に出射する。また、レンズアレイ９は、平面鏡１１で反射された要素画像群の光が入射し、入射した要素画像群の光をハーフミラー７に出射する。

平面鏡１１は、レンズアレイ９を通過した要素画像群の光を、立体映像の表示位置に向けて反射するものである。この平面鏡１１は、レンズアレイ９を通過した要素画像群の光がレンズアレイ９にそのまま反射されるように、レンズアレイ９と平行に配置される。また、平面鏡１１は、要素レンズ９ａの焦点距離ｆの１／２だけ、レンズアレイ９から離れている（図４）。

＜視点が異なる立体映像の表示＞
図３〜図５を参照し、視点が異なる立体映像の表示について、説明する（適宜図１，図２参照）。

図３では、正面の視点で撮影された被写体Ｔ_ｎと、被写体Ｔ_ｎを左側の視点から撮影した被写体Ｔ_ｎ-１と、被写体Ｔ_ｎを右側の視点から撮影した被写体Ｔ_ｎ＋１とを図示した。また、映像投射手段３の光軸を実線矢印で図示し、要素画像群の光が通過する領域を破線で図示し、レンズアレイ９の中心軸を一点鎖線で図示した。

図３では、投射レンズ３ａ及び表示素子３ｂと、ハーフミラー７との図示を省略した。
図３では、説明を簡易にするため、凸レンズ５をレンズアレイ９の前方に図示した。
図３（ｂ）では、図面を見易くするため、映像投射手段３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１の図示を省略した。

図３（ａ）に示すように、映像投射手段３は、それぞれ、左右方向で異なる視点で被写体Ｔが撮影された要素画像群が入力される。ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、被写体Ｔ_ｎ-１，Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ＋１は、平面鏡１１での反射により、レンズアレイ９の中心軸を挟んで位置関係が逆転する。従って、映像投射手段３には、ユーザＯが自然な立体映像を見られるように、位置関係の逆転を考慮して要素画像群を入力することが好ましい。具体的には、映像投射手段３_ｎ−１は、被写体Ｔ_ｎ-１を撮影した要素画像群が入力される。また、映像投射手段３_ｎは、被写体Ｔ_ｎを撮影した要素画像群が入力される。また、映像投射手段３_ｎ＋１は、被写体Ｔ_ｎ＋１を撮影した要素画像群が入力される。

図３（ｂ）に示すように、映像投射手段３は、それぞれ、入力された要素画像群を凸レンズ５の中心軸に向けて投射し、映像投射手段３に対応する視域Ｖを形成する。具体的には、映像投射手段３_ｎ−１は、被写体Ｔ_ｎ-１の立体映像が表示された視域Ｖ_ｎ-１を形成する。また、映像投射手段３_ｎは、被写体Ｔ_ｎの立体映像が表示された視域Ｖ_ｎを形成する。また、映像投射手段３_ｎ＋１は、被写体Ｔ_ｎ＋１の立体映像が表示された視域Ｖ_ｎ＋１を形成する。

図３のように立体映像を表示するため、映像投射手段３は、下記の式（１）を満たすように配置される必要がある。
φ＝ｔａｎ^−１（ｍｐ／ｆ） …式（１）

式（１）のφは、水平軸方向において、映像投射手段３の光軸と、レンズアレイ９の中心軸とのなす角を表す。また、式（１）では、ｐが要素レンズ９ａの間隔（図４）、ｆが要素レンズ９ａの焦点距離を表す。また、式（１）のｍは、平面鏡１１による反射の前後で要素画像群の光（主光線）が通過する要素レンズの間隔数を表す。

図４（ａ）に示すように、要素レンズ９ａの中心を通過した主光線は、仮想レンズアレイ９に入射する光路を辿る。図４（ｂ）に示すように、この主光線は、実際には仮想レンズアレイ９´に入射せず、平面鏡１１により反射される。このとき、主光線は、水平軸方向において、斜め投射されているため、反射前に通過した要素レンズ９ａではなく、隣接する要素レンズ９ａを通過する。つまり、図４の例では、間隔数ｍ＝１となる。

仮想レンズアレイ９´は、レンズアレイ９が平面鏡１１を挟んで左右対称に位置すると仮想したものであり、仮想要素レンズ９ａ´を備えることとする。
仮想要素レンズ９ａ´は、要素レンズ９ａが平面鏡１１を挟んで左右対称に位置すると仮想したものである。
主光線とは、要素画像群の光のうち、映像投射手段３の投射レンズ３ａの絞りの中心を通過する光の束である。

図５（ａ）では、要素レンズ９ａの中心を通過した主光線は、水平軸方向において、図４（ａ）よりも斜めで要素レンズ９ａに入射する光路を辿る。図５（ｂ）に示すように、この主光線は、隣接する要素レンズ９ａではなく、２個隣の要素レンズ９ａを通過する。つまり、図５の例では、間隔数ｍ＝２となる。

前記した式（１）では、要素レンズ９ａの間隔ｐ及び焦点距離ｆが一定である。このため、間隔数ｍは、映像投射手段３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１の間で重複しないように予め割り当てる。例えば、凸レンズ５の中心軸上に位置する映像投射手段３（不図示）に、間隔数ｍ＝０を割り当てる。そして、凸レンズ５の中心軸上に位置する映像投射手段３から離れる毎に、間隔数ｍ＝１，２，…と割り当てる。なお、間隔数ｍは、３以上も割り当て可能であることが言うまでもない。

図４（ａ），図５（ａ）は、要素画像群の光が平面鏡１１で反射された状態を説明するために図示したものである。実際には、要素画像群の光が平面鏡１１で反射されるので、図４（ａ），図５（ａ）の光路を辿ることがない。
図４（ａ）では、主光線を一点鎖線で図示し、仮想レンズアレイ９´を点線で図示した（図５（ｂ）も同様）。

＜視域の形成＞
図６を参照し、立体映像表示装置１における視域の形成について、説明する（適宜図１，図２参照）。
図６では、ハーフミラー７を省略し、映像投射手段３を凸レンズ５の光軸付近に移動させて、要素画像群の光が直進するように図示した（図８，図１０も同様）。

図６（ａ）に示すように、要素画像群の光は、映像投射手段３から投射され、凸レンズ５及びレンズアレイ９を通過して、平面鏡１１に入射する。このとき、要素画像群の光は、凸レンズ５によって平行光に変換される。図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、平面鏡１１は、仮想レンズアレイ９´に入射する光路を辿る要素画像群の光を、レンズアレイ９に向けて反射する。図６（ｄ）に示すように、視域Ｖは、要素レンズ９ａから出射した要素画像群により、所定の範囲に形成される。

図６（ｂ）は、要素画像群の光が平面鏡１１で反射された状態を説明するために図示したものである。実際には、要素画像群の光が平面鏡１１で反射されるので、図６（ｂ）の光路を辿ることがない。

［作用・効果］
図３に示すように、立体映像表示装置１は、映像投射手段３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１に対応する視域Ｖ_ｎ−１，Ｖ_ｎ，Ｖ_ｎ＋１をそれぞれ形成する。これによって、立体映像表示装置１は、異なる視点で撮影された被写体Ｔ_ｎ−１，Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ＋１の立体映像を表示することができる。

さらに、図１に示すように、立体映像表示装置１は、ハーフミラー７を備えることから、映像投射手段３及び凸レンズ５を垂直軸方向に配置できるため、省スペース化を図ることができる。さらに、立体映像表示装置１は、前面投射型であるため、背面投射型のように拡散板を必要とせず、立体映像の画質劣化を防止することができる。

さらに、図３に示すように、立体映像表示装置１は、視域Ｖ_ｎ−１，Ｖ_ｎ，Ｖ_ｎ＋１が水平軸方向で連続するように、映像投射手段３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１が水平軸方向に配置されることが好ましい。これにより、立体映像表示装置１は、ユーザＯが水平軸方向に移動しても、視域Ｖが途切れることがなく、臨場感が高い立体映像を表示することができる。

（第２実施形態）
[立体映像表示装置の構成]
図７を参照し、本願発明の第２実施形態に係る立体映像表示装置１Ａの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
立体映像表示装置１Ａは、図１の凸レンズ５の代わりに、凸レンズ１３を備える点が、第１実施形態と異なる。

図７に示すように、立体映像表示装置１Ａは、映像投射手段３から、ハーフミラー７で向きを変えて、凸レンズ１３及びレンズアレイ９を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１Ａは、平面鏡１１で反射された後、レンズアレイ９と、凸レンズ１３と、ハーフミラー７とを順に通過し、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

凸レンズ１３は、ハーフミラー７で反射された要素画像群の光を平行光に変換し、レンズ配置面に垂直に入射させるものである。この凸レンズ１３は、凸レンズ１３の中心軸がレンズアレイ９の中心軸に一致し、レンズ面が水平軸方向を向くように、レンズアレイ９の前方に配置されている。

凸レンズ１３から出射された要素画像群の光は、レンズアレイ９を通過して、平面鏡１１で全反射され、再びレンズアレイ９を通過する。このとき、凸レンズ１３は、要素画像群の光を、立体映像の表示位置に効果的に集束する。

なお、映像投射手段３は、第１実施形態と同様に水平軸方向に配置されるため、詳細な説明を省略する。

＜視域の形成＞
図８を参照し、立体映像表示装置１Ａにおける視域の形成について、説明する（適宜図７参照）。

図８（ａ）に示すように、要素画像群の光は、映像投射手段３から投射され、凸レンズ１３及びレンズアレイ９を通過して、平面鏡１１に入射する。このとき、要素画像群の光は、凸レンズ１３によって、平行光に変換される。図８（ｂ）に示すように、要素画像群の光は、仮想レンズアレイ９´に入射する光路を辿り、仮想凸レンズ１３´の焦点距離ｆ_０だけ離れた位置に集束する。図８（ｃ）に示すように、視域Ｖは、要素画像群の光が集束した位置の近くに形成される。

仮想凸レンズ１３´は、凸レンズ１３が平面鏡１１を挟んで左右対称に位置すると仮想したものである。
図８（ｂ）の左側部分は、要素画像群の光が平面鏡１１で反射された状態を説明するために図示したものである。実際には、要素画像群の光が平面鏡１１で反射されるので、図８（ｂ）の光路を辿ることがない（図１０，図１８，図２１も同様）。
図８（ｂ）の上方に図示した光は、要素画像内の画素毎の光が辿る光路を表している。一方、図８（ｂ）の下方に図示した光は、要素画像全体の光が辿る光路を表している。

［作用・効果］
立体映像表示装置１Ａは、第１実施形態と同様の理由により、異なる視点で撮影された被写体の立体映像を表示することができる。さらに、立体映像表示装置１Ａは、第１実施形態と同様の理由により、省スペース化を図ると共に、立体映像の画質劣化を防止することができる。

（第３実施形態）
[立体映像表示装置の構成]
図９を参照し、本願発明の第３実施形態に係る立体映像表示装置１Ｂの構成について、第２実施形態と異なる点を説明する。
立体映像表示装置１Ｂは、図７の凸レンズ１３の代わりに、凸レンズ１５を備える点が、第２実施形態と異なる。

図９に示すように、立体映像表示装置１Ｂは、映像投射手段３から、ハーフミラー７で向きを変えて、レンズアレイ９及び凸レンズ１５を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１Ｂは、平面鏡１１で反射された後、凸レンズ１５と、レンズアレイ９と、ハーフミラー７とを順に通過し、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

凸レンズ１５は、レンズアレイ９を通過した要素画像群の光を平行光に変換し、レンズ配置面に垂直に入射させるものである。この凸レンズ１５は、凸レンズ１５の中心軸がレンズアレイ９の中心軸に一致し、レンズ面が水平軸方向を向くように、レンズアレイ９と平面鏡１１との間に配置されている。

凸レンズ１５から出射された要素画像群の光は、平面鏡１１で全反射され、レンズアレイ９を通過する。このとき、凸レンズ１５は、要素画像群の光を、立体映像の表示位置に効果的に集束する。

映像投射手段３は、第２実施形態と同様に水平軸方向に配置されるため、詳細な説明を省略する。

＜視域の形成＞
図１０を参照し、立体映像表示装置１Ｂにおける視域の形成について、説明する（適宜図９参照）。

図１０に示すように、要素画像群の光は、映像投射手段３から投射され、レンズアレイ９及び凸レンズ１５を通過して、平面鏡１１に入射する。このとき、要素画像群の光は、凸レンズ１５によって、平行光に変換される。そして、要素画像群の光は、仮想レンズアレイ９´に入射する光路を辿り、仮想凸レンズ１５´の焦点距離ｆ_０だけ離れた位置に集束する。このようにして、視域は、要素画像群の光が集束した位置の近くに形成される。
仮想凸レンズ１５´は、凸レンズ１５が平面鏡１１を挟んで左右対称に位置すると仮想したものである。

＜光学素子の別構成＞
図１１を参照し、立体映像表示装置１Ｂが備える光学素子の別構成について、説明する（適宜図９参照）。

立体映像表示装置１Ｂは、凸レンズ１５として、図１１（ａ）の両凸レンズの他、図１１（ｂ）に示すように、平面鏡１１に密着した平凸レンズを備えてもよい。この平凸レンズは、平面側を鏡面加工することにより、平面鏡１１及び凸レンズ１５としての役割を果たすことができる。

図１１（ｃ）に示すように、立体映像表示装置１Ｂは、平面鏡１１及び凸レンズ１５の代わりに、光学素子として、凹面鏡１５ａを備えてもよい。この凹面鏡１５ａの焦点距離は、凸レンズ１５の焦点距離の１／２とする。さらに、立体映像表示装置１Ｂは、凹面鏡１５ａとして、反射面が平面上にそろって形成されたフレネルミラー（不図示）を用いることもできる。

［作用・効果］
立体映像表示装置１Ｂは、第２実施形態と同様の理由により、異なる視点で撮影された被写体の立体映像を表示することができる。さらに、立体映像表示装置１Ｂは、第２実施形態と同様の理由により、省スペース化を図ると共に、立体映像の画質劣化を防止することができる。

（第４実施形態）
[立体映像表示装置の構成]
図１２，図１３を参照し、本願発明の第４実施形態に係る立体映像表示装置１Ｃの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
立体映像表示装置１Ｃは、図１の映像投射手段３及び凸レンズ５を水平軸方向に向けて配置し、ハーフミラー７を省略した点が、第１実施形態と異なる。

図１２では、レンズアレイ９の中心軸を破線で図示した（図１６，図１９も同様）。
図１３では、前方から見ると平面鏡１１がレンズアレイ９に隠れるため、図示していない（図１７も同様）。

図１２に示すように、立体映像表示装置１Ｃは、映像投射手段３から、凸レンズ５及びレンズアレイ９を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１Ｃは、平面鏡１１で反射された後、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

映像投射手段３は、投射レンズ３ａと、要素画像群を表示する表示素子３ｂとが、いわゆるレンズシフトされた位置関係となっている。図１２に示すように、映像投射手段３は、投射角度が下方向となるように調整されている。つまり、映像投射手段３の光軸は、映像投射手段３の絞りの中心と、凸レンズ５の中心とを通過し、レンズアレイ９及び平面鏡１１が構成する平面の中心に達する。そして、要素画像群の光は、平面鏡１１で反射された後、下方向に視域を形成する。
また、映像投射手段３は、図１３に示すように、第１実施形態と同様に水平軸方向に配置されている。

＜視域の形成＞
図１４，図１５を参照して、立体映像表示装置１Ｃによる視域の形成について、説明する（適宜図１２，図１３参照）。

図１４（ａ）に示すように、要素レンズ９ａの中心を通過した主光線は、仮想レンズアレイ９´に入射する光路を辿る。図１４（ｂ）に示すように、この主光線は、実際には仮想レンズアレイ９´に入射せず、平面鏡１１により反射される。このとき、主光線は、垂直軸方向において、斜め投射されているため、反射前に通過した要素レンズ９ａではなく、隣接する要素レンズ９ａを通過する。

この場合、なす角θは、下記の式（２）で定義される。なす角θは、垂直軸方向において、映像投射手段３の光軸と、レンズアレイ９の中心軸とのなす角である。
θ＝ｔａｎ^−１（ｐ／ｆ） …式（２）

図１５に示すように、立体映像表示装置１Ｃは、前記した数式（２）を満たすことで、映像投射手段３が配置されているのと同じ側に、立体映像を観察可能な視域Ｖを形成することができる。

［作用・効果］
立体映像表示装置１Ｃは、第１実施形態と同様の理由により、異なる視点で撮影された被写体の立体映像を表示することができる。さらに、立体映像表示装置１Ｃは、第１実施形態と同様の理由により、立体映像の画質劣化を防止することができる。さらに、立体映像表示装置１Ｃは、ハーフミラー７を必要としないので、簡易な構成を実現することができる。

（第５実施形態）
[立体映像表示装置の構成]
図１６，図１７を参照し、本願発明の第５実施形態に係る立体映像表示装置１Ｄの構成について、第４実施形態と異なる点を説明する。
立体映像表示装置１Ｄは、凸レンズ５をレンズアレイ９の前方に配置した点が、第４実施形態と異なる。

図１６に示すように、立体映像表示装置１Ｄは、映像投射手段３から、凸レンズ５及びレンズアレイ９を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１Ｄは、平面鏡１１で反射された後、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

この立体映像表示装置１Ｄは、第４実施形態と同様、平面鏡１１から見て斜めから要素画像群を投射することで、ハーフミラー７を使用することなく、立体映像を観察可能な視域を形成する。

図１７に示すように、映像投射手段３は、第４実施形態と同様に水平軸方向に配置されるため、詳細な説明を省略する。
図１７では、前方から見ると、平面鏡１１がレンズアレイ９に隠れるため、図示していない。

＜視域の形成＞
図１８を参照し、立体映像表示装置１Ｄによる視域の形成について、説明する（適宜図１６，図１７参照）。

図１８に示すように、要素画像群の光は、仮想投射レンズ３ａ´から出射され、仮想凸レンズ５´及び仮想レンズアレイ９´を通過して、平面鏡１１に入射する。このとき、要素画像群の光は、仮想凸レンズ５´によって、平行光に変換される。そして、要素画像群の光は、レンズアレイ９に入射する光路を辿り、凸レンズ５の焦点距離ｆ_０だけ離れた位置に集束する。このようにして、視域Ｖは、要素画像群の光が集束した位置の近くに形成される。
仮想投射レンズ３ａ´は、投射レンズ３ａが平面鏡１１を挟んで左右対称に位置すると仮想したものである。

［作用・効果］
立体映像表示装置１Ｄは、第４実施形態と同様の理由により、異なる視点で撮影された被写体の立体映像を表示することができる。さらに、立体映像表示装置１Ｄは、第４実施形態と同様の理由により、立体映像の画質劣化を防止し、簡易な構成を実現することができる。

（第６実施形態）
[立体映像表示装置の構成]
図１９，図２０を参照し、本願発明の第６実施形態に係る立体映像表示装置１Ｅの構成について、第５実施形態と異なる点を説明する。
立体映像表示装置１Ｄは、凸レンズ５及びレンズアレイ９の位置を入れ替えた点が、第５実施形態と異なる。

図１９に示すように、立体映像表示装置１Ｅは、映像投射手段３から、レンズアレイ９及び凸レンズ５を通過し、平面鏡１１で反射されるまでの光路（往路）を有している。また、立体映像表示装置１Ｅは、平面鏡１１で反射された後、表示位置に至るまでの光路（復路）を有している。

この立体映像表示装置１Ｅは、第５実施形態と同様、平面鏡１１から見て斜めから要素画像群を投射することで、ハーフミラー７を使用することなく、立体映像を観察可能な視域を形成する。

図２０に示すように、映像投射手段３は、第５実施形態と同様に水平軸方向に配置されるため、詳細な説明を省略する。
図２０では、前方から見ると、凸レンズ５及び平面鏡１１がレンズアレイ９に隠れるため、図示していない。

＜視域の形成＞
図２１を参照し、立体映像表示装置１Ｅによる視域の形成について、説明する（適宜図１９，図２０参照）。

図２１に示すように、要素画像群の光は、仮想投射レンズ３ａ´から出射され、仮想レンズアレイ９´及び仮想凸レンズ５´を通過して、平面鏡１１に入射する。このとき、要素画像群の光は、仮想凸レンズ５´によって、平行光に変換される。そして、要素画像群の光は、レンズアレイ９に入射する光路を辿り、凸レンズ５の焦点距離ｆ_０だけ離れた位置に集束する。このようにして、視域Ｖは、要素画像群の光が集束した位置の近くに形成される。

＜光学素子の別構成＞
図２２を参照し、立体映像表示装置１Ｅが備える光学素子の別構成について、説明する（適宜図１９参照）。

立体映像表示装置１Ｅは、凸レンズ（光学素子）５として、図２２（ａ）の両凸レンズの他、図２２（ｂ）に示すように、平面鏡１１に密着した平凸レンズを備えてもよい。この平凸レンズは、平面側を鏡面加工することにより、平面鏡１１及び凸レンズ５としての役割を果たすことができる。

図２２（ｃ）に示すように、立体映像表示装置１Ｅは、平面鏡１１及び凸レンズ５の代わりに、光学素子として、凹面鏡１５ａを備えてもよい。この凹面鏡１５ａの焦点距離は、凸レンズ５の焦点距離の１／２とする。さらに、立体映像表示装置１Ｅは、凹面鏡１５ａとして、反射面が平面上にそろって形成されたフレネルミラー（不図示）を用いることもできる。

［作用・効果］
立体映像表示装置１Ｅは、第５実施形態と同様の理由により、異なる視点で撮影された被写体の立体映像を表示することができる。さらに、立体映像表示装置１Ｅは、第５実施形態と同様の理由により、立体映像の画質劣化を防止し、簡易な構成を実現することができる。

（変形例）
本願発明に係る立体映像表示装置１〜１Ｅは、前記した実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で変形を加えることができる。

前記した各実施形態では、複数の映像投射手段３が水平軸方向に配置されることとして説明したが、他の軸方向（例えば、垂直軸方向）にも配置されてもよい。さらに、複数の映像投射手段３は、水平軸方向及び垂直軸方向というように、互いに直交する２軸方向に配置されてもよい。

前記した各実施形態では、縦横を含めた全方向に視差を再現するため、要素レンズ９ａを２次元状に配置することとして説明した。しかし、立体映像の利用分野によっては、水平方向のみ視差を再現すればよいこともある。この場合、立体映像表示装置１〜１Ｅでは、各要素画像を垂直方向に短冊状に配置し、要素レンズ９ａとして、水平軸方向のみに屈折させるレンチキュラーレンズを用いてもよい。

前記した第４施形態から第６実施形態では、なす角θが水平軸方向の角度として説明したが、以下に述べる条件を満たせば、任意方向（例えば、垂直軸方向）でもよい。
要素レンズ９ａの配置パターンは、なす角θを付す方向に間隔ｐだけズレが発生するので、元の配置パターンと一致する条件を満たすことが必要である。また、間隔ｐは、隣接する要素レンズ９ａの間隔ではなく、２個又は３個隣の要素レンズ９ａの間隔でよい。

前記した各実施形態では、光学素子として、凸レンズや凹面鏡を説明したが、ホログラフィック光学素子を用いてもよい。つまり、立体映像表示装置１〜１Ｅは、ホログラフィック光学素子を、透過型又は反射型の集光作用を有する光学素子として用いることができる。

１，１Ａ〜１Ｅ 立体映像表示装置
３，３_ｎ−１，３_ｎ，３_ｎ＋１ 映像投射手段
３ａ 投射レンズ３
５，１３，１５ 凸レンズ（光学素子）
７ ハーフミラー
９ レンズアレイ
９ａ 要素レンズ
１１ 平面鏡（反射部材）
１５ａ 凹面鏡（光学素子）

Claims (5)

1. 被写体が撮影された要素画像群を用いて、インテグラルフォトグラフィ方式により前記被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
   同一直線上の異なる視点で撮影された前記要素画像群がそれぞれ入力され、入力された当該要素画像群を投射する、前記同一直線上に配置された複数の映像投射手段と、
   前記複数の映像投射手段が投射した要素画像群の光を平行光に変換する光学素子と、
   要素レンズが所定の間隔で同一平面上に配置され、前記光学素子で変換された要素画像群の光が入射するレンズアレイと、
   前記レンズアレイを通過した要素画像群の光を、前記立体映像の表示位置に向けて反射する反射部材と、を備え、
   前記複数の映像投射手段は、前記反射部材による反射の前後で前記要素画像群の光が通過する要素レンズの間隔数ｍが、各映像投射手段で重複しないように予め割り当てられると共に、
   前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とのなす角φが、前記要素レンズの間隔数ｍと、前記要素レンズの間隔ｐと、前記要素レンズの焦点距離ｆとを用いた式φ＝ｔａｎ^−１（ｍｐ／ｆ）で表され、
   前記複数の映像投射手段は、前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とが直交するように配置され、
   前記光学素子と前記レンズアレイとの間に配置され、前記光学素子で変換された要素画像群の光が前記レンズアレイに入射するように当該要素画像群の光を反射し、前記反射部材により反射された要素画像群の光を通過させるハーフミラー、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
2. 被写体が撮影された要素画像群を用いて、インテグラルフォトグラフィ方式により前記被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
   同一直線上の異なる視点で撮影された前記要素画像群がそれぞれ入力され、入力された当該要素画像群を投射する、前記同一直線上に配置された複数の映像投射手段と、
   前記複数の映像投射手段が投射した要素画像群の光を平行光に変換する光学素子と、
   要素レンズが所定の間隔で同一平面上に配置され、前記光学素子で変換された要素画像群の光が入射するレンズアレイと、
   前記レンズアレイを通過した要素画像群の光を、前記立体映像の表示位置に向けて反射する反射部材と、を備え、
   前記複数の映像投射手段は、前記反射部材による反射の前後で前記要素画像群の光が通過する要素レンズの間隔数ｍが、各映像投射手段で重複しないように予め割り当てられると共に、
   前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とのなす角φが、前記要素レンズの間隔数ｍと、前記要素レンズの間隔ｐと、前記要素レンズの焦点距離ｆとを用いた式φ＝ｔａｎ ^−１ （ｍｐ／ｆ）で表され、
   前記複数の映像投射手段は、前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とが直交するように配置され、
   前記複数の映像投射手段と前記光学素子との間に配置され、前記複数の映像投射手段で投射された要素画像群の光が前記光学素子に入射するように当該要素画像群の光を反射し、前記反射部材により反射された要素画像群の光を通過させるハーフミラー、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
3. 被写体が撮影された要素画像群を用いて、インテグラルフォトグラフィ方式により前記被写体の立体映像を表示する立体映像表示装置であって、
   同一直線上の異なる視点で撮影された前記要素画像群がそれぞれ入力され、入力された当該要素画像群を投射する、前記同一直線上に配置された複数の映像投射手段と、
   要素レンズが所定の間隔で同一平面上に配置され、前記複数の映像投射手段により投射された要素画像群の光が入射するレンズアレイと、
   前記レンズアレイを通過した要素画像群の光を平行光に変換する光学素子と、
   前記光学素子で変換された要素画像群の光を、前記立体映像の表示位置に向けて反射する反射部材と、を備え、
   前記複数の映像投射手段は、前記反射部材による反射の前後で前記要素画像群の光が通過する要素レンズの間隔数ｍが、各映像投射手段で重複しないように予め割り当てられると共に、
   前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とのなす角φが、前記要素レンズの間隔数ｍと、前記要素レンズの間隔ｐと、前記要素レンズの焦点距離ｆとを用いた式φ＝ｔａｎ^−１（ｍｐ／ｆ）で表され、
   前記複数の映像投射手段は、前記各映像投射手段の光軸と前記レンズアレイの中心軸とが直交するように配置され、
   前記複数の映像投射手段と前記レンズアレイとの間に配置され、前記複数の映像投射手段で投射された要素画像群の光が前記レンズアレイに入射するように当該要素画像群の光を反射し、前記反射部材により反射された要素画像群の光を通過させるハーフミラー、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
4. 前記複数の映像投射手段は、前記各映像投射手段に対応する視域が連続して形成されるように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の立体映像表示装置。
5. 前記複数の映像投射手段は、さらに、前記同一直線に直交する直線上にも配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の立体映像表示装置。

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