JP2006267222A - 投射型スクリーンおよび画像投影システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 通常のプロジェクタを用いて裸眼立体視を可能とする投射型スクリーンを提供する。
【解決手段】 投射型スクリーン101は、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイ102と、反射面アレイ102に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート103とで構成される。レンチキュラシート103を透過し、反射面アレイ102に入射した投射光1は、各反射面における入射位置に応じて反射方向が異なる。そのため、投射光1に含まれる複数の画像ごとに特定の方向に反射することによって、各画像を特定の方向から観察できるようにすることが可能となる。そして、各画像を観察できる方向を、観察者の両眼の間隔よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能となる。
【選択図】 図1
【解決手段】 投射型スクリーン101は、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイ102と、反射面アレイ102に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート103とで構成される。レンチキュラシート103を透過し、反射面アレイ102に入射した投射光1は、各反射面における入射位置に応じて反射方向が異なる。そのため、投射光1に含まれる複数の画像ごとに特定の方向に反射することによって、各画像を特定の方向から観察できるようにすることが可能となる。そして、各画像を観察できる方向を、観察者の両眼の間隔よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能となる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、投射型スクリーンおよび画像投影システムに係わり、特に裸眼立体視が可能な投射型スクリーンおよび画像投影システムに関する。
従来から、立体画像を表示する装置として、例えば、偏光眼鏡やシャッタつき眼鏡などのような特別な機器を用いることなく、裸眼による立体視が可能な立体画像表示装置が提案されている。
例えば、特許文献1では、視点位置の異なる画像を複数台のプロジェクタを用いて透過型スクリーンの背面から投射し、それらの透過光をスクリーン前面に設けられたレンチキュラレンズを通して観察することで、立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている.
また、特許文献2では、回動可能な反射ミラー群を水平方向に複数並べて配置した投射型スクリーンに、視点位置の異なる画像を時間的に切り替えて投射することによって立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている.
また、非特許文献1では、コーナー反射ミラー形状を有する投射型スクリーンに複数台のプロジェクタから画像を投射し、その反射光をプロジェクタの位置で観察することで立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている.
ここで、立体画像表示装置が一般に広く用いられるためには、立体画像の観測可能域が広いことと、立体画像を表示するために必要となる装置の規模が大型化しないことが重要である。特に、立体画像を表示するために必要となるプロジェクタ数が少ないことは、装置の規模が大型化することを防ぐために重要であり、特別な機能を必要とせず、通常汎用に用いられているプロジェクタを1台用いて立体画像を表示できることが望ましい。
また、特許文献2では、回動可能な反射ミラー群を水平方向に複数並べて配置した投射型スクリーンに、視点位置の異なる画像を時間的に切り替えて投射することによって立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている.
また、非特許文献1では、コーナー反射ミラー形状を有する投射型スクリーンに複数台のプロジェクタから画像を投射し、その反射光をプロジェクタの位置で観察することで立体画像を観察できるようにした立体画像表示装置が開示されている.
ここで、立体画像表示装置が一般に広く用いられるためには、立体画像の観測可能域が広いことと、立体画像を表示するために必要となる装置の規模が大型化しないことが重要である。特に、立体画像を表示するために必要となるプロジェクタ数が少ないことは、装置の規模が大型化することを防ぐために重要であり、特別な機能を必要とせず、通常汎用に用いられているプロジェクタを1台用いて立体画像を表示できることが望ましい。
しかし、上述した従来技術では、例えば、特許文献1および非特許文献1に記載された立体画像表示装置では、複数台のプロジェクタが必要となる。特に立体画像の観測可能域を広げて複数の視点位置から立体画像を同時に観察できるようにするためにはプロジェクタ数を増やす必要があり、装置の規模が大型化する。また、特許文献2に記載された立体画像表示装置では、プロジェクタから時間的に切り替えて投射される画像と同期して、スクリーンに設けられた反射ミラー群を回転制御する必要がある。そのため、画像を出射するプロジェクタには、投射画像と反射ミラー群の回転を同期させるための制御手段が必要となるため、この方法を用いる場合には、通常のプロジェクタでは立体画像を表示することができない。
特許第3323575号明細書(3頁、図1)
特開平9−189884号公報(4頁、図1)
H.Kaneko, T.Ohshima, O.Ebina and A.Arimoto,"Desktop Autostereoscopic Display Using Compact LED Projectors and CDR Screen," SID 02 DIGEST, pp.1418−1421, 2002
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、通常のプロジェクタを1台用いて裸眼立体視を行うことを可能とする投射型スクリーンおよび画像投影システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の投射型スクリーンは、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートとを備えることを特徴とする。
また、本発明の画像投影システムは、表示画像を含む投射光を出射する発光装置と、前記発光装置からの投射光が入射される投射型スクリーンとを備え、前記投射型スクリーンは、水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、通常のプロジェクタを1台用いて裸眼立体視を行うことが可能になる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101を含む画像投影システムの構成を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101を含む画像投影システムの構成を示す図である。
この第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101は、水平方向の断面が二次曲線形状をなし、鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイ102と、反射面アレイ102に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート103とを備えている。また、図1には、発光装置であるプロジェクタ201から投射型スクリーン101に投射光1が入射され、その反射光2が観測者によって観察されている様子についてもあわせて表している。なお、図1では、簡単のため、反射面アレイ102に含まれる反射面の数を8としているが、実際には、立体画像の表示解像度に応じて数百の反射面が配置される。また、プロジェクタ201としては、例えば、DMD(Digital micro Mirror Device)などを用いたDLP(Digigal Light Processing)プロジェクタや、液晶表示デバイスを用いた液晶プロジェクタなどの通常のプロジェクタを用いることができる。さらには、回折格子を用いた光変調素子、例えば、GLV(Grating Light Valve)を用いたレーザー走査型プロジェクタも適用可能である。
図2および図3は、それぞれ、第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101の水平方向の断面および鉛直方向の断面を表した図である。
図2(a)に示すように、反射面アレイ102の各反射面の水平方向の断面は、投射光1の入射方向に対して凹面をなす二次曲線形状である。なお、ここでは二次曲線形状は放物線形状であるものとし、図2(b)に示すように、各反射面の放物線は、それらの準線が一致し、各焦点がその準線と平行な同一の直線上に存在するものとする。
一方、図3に示すように、レンチキュラシート103の鉛直方向の断面は、入射光1に対して凸面をなす。そのため、レンチキュラシート103は、入射光1を鉛直方向に対して拡散する効果を有する。このとき、反射光2の拡散の度合いは、レンチキュラシート103のレンズの形状によって定まる焦点距離などのレンズパラメータによって決定される。なお、レンチキュラシート103は、反射面アレイ102で反射された反射光2を鉛直方向に拡散させるためのものであるため、投射光1がレンチキュラシート103に投射される投射位置は厳密に定まっていなくてもよい。
次に、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101によって立体画像を表示する原理を説明するために、まず、図4を用いて、直視型の立体画像表示装置における裸眼立体視の原理について簡単に説明する。図4は、3種類の画像(A、BおよびC)を異なる位置で観察できるようにした直視型の立体画像表示装置の水平方向の一断面を示している。図4に示す直視型の立体画像表示装置では、ディスプレイ301に、図5に示すような、画像A、BおよびCが鉛直方向に短冊状に分割されて順番に並べられた画像が表示される。ディスプレイ301の前方にはスリットが設けられたバリア302が配置される。このようにディスプレイ301の前方にスリットが設けられたバリア302を設けることによって、図4に示すように、各画像を特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。このとき、ディスプレイ301に表示する各画像の表示の周期およびバリア302におけるスリットの間隔を調整し、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。すなわち、例えば、図4において、画像Aと画像Bとを対応するステレオ画像とすれば、画像Aと画像Bを同時に観察することにより、裸眼立体視が可能となる。
図6は、上述した裸眼立体視の原理を用いた、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101の作用を説明する図である。
まず、プロジェクタ201から投射光1が投射型スクリーン101に投射される。投射光1には、3種類の画像(A、BおよびC)が含まれている。各画像は、上述したディスプレイ301における表示画像(図5)のように、鉛直方向に短冊状に分割されて、分割された各画像が順番に並べられた画像となっている。
ここで、通常のプロジェクタにより、このような画像を得るためには、図7に示すように、プロジェクタ201の画像表示素子201aに各画像を鉛直方向に短冊状に分割して順番に並べた画像を表示し、これをプロジェクタ201の投射レンズ201bを通して拡大投射すればよい。このとき、プロジェクタ201から出射され、投射型スクリーン101に投射される画像は、プロジェクタ201の画像表示素子201aに表示された画像に対して反転した画像となるため、投射時に正常な画像が表示されるように、あらかじめ画像表示素子201aには反転画像を表示しておく必要がある。
プロジェクタ201から出射された投射光1は、投射型スクリーン101のレンチキュラシート103を透過し、反射面アレイ102の各反射面に入射する。このとき、反射面アレイ102の各反射面は、投射光1の入射方向に対して凹面をなす放物線形状をしているため、投射光1の入射位置により、その反射光の反射方向が異なる。ここで、プロジェクタ201が、投射型スクリーン101に対して十分遠くに存在する場合には、投射光1は、投射型スクリーン101に対して、ほぼ平行光として入射すると考えることができる。そのため、図8に示すように、反射面アレイ102における隣り合う反射面の間隔の周期(ピッチ)と、プロジェクタ201から投射される投射光1に含まれる各画像が入射する反射面の位置の周期とを揃えることにより、反射面アレイ102において、投射光1に含まれる各画像の反射方向を揃えることができ、各画像をそれぞれ特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。そして、上述した図4に示す立体画像表示装置と同様に、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
図9は、図4に示す立体画像表示装置と本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101との関係を対比して表した図である。すなわち、図9(a)に示す立体画像表示装置では、ディスプレイ301を、スリットを有するバリア302によって覆うことにより、ディスプレイ301に表示される各画像(A、BおよびC)を特定の方向から観察することを可能にしている。一方、投射型スクリーン101では、図9(b)に示すように、各反射面の形状が放物線形状であるため、入射した投射光1は、その反射面に対する入射位置によって異なる方向に反射する。そのため、各反射面のピッチと投射光1に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像(A、BおよびC)を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。
以上が本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101の作用である。
次に、投射型スクリーン101の反射面アレイ102における各反射面について、反射面の焦点距離gと反射面間の間隔の周期(ピッチ)Dの関係について説明する。
図10に示すように、ある反射面上の点Pの座標を、その反射面の焦点を中心とする極座標(ρ,φ)で表す。ここで、ρは、焦点から反射面上の点Pまでの距離を表し、φは、焦点を通り準線に直交する直線と、焦点と反射面上の点Pを通る直線とがなす角度を表す。このとき、反射面の焦点距離gと反射面上の点Pとの関係は、(1)式により表すことができる。
反射光の最大の出射角度φMAXは、立体画像の観測可能域を規定するパラメータであり、あらかじめ観測可能域をφMAXとして設定すれば、反射面の焦点距離gから、反射面アレイ102における各反射面のピッチDを(2)式によって算出することが可能になる。そして、このように定められたピッチDにしたがって反射面を複数並べることにより、投射型スクリーン101の反射面アレイ102を得ることができる。
このように、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、プロジェクタからの投射光に含まれる複数の画像を、各反射面の水平方向の断面が放物線形状なす反射面アレイによって異なる方向へ反射させることが可能になる。このとき、反射面アレイにおける隣り合う反射面のピッチと、プロジェクタから投射される投射光に含まれる分割された各画像の周期とを揃えることにより、投射光に含まれる各画像を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。そして、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることで、観察者は立体画像を観察することが可能になる。また、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーンを含む画像投影システムでは、投射光を得るためのプロジェクタは通常のプロジェクタ1台でよく、システムの規模も小さくて済む。
なお、上述した実施形態では、反射面アレイ102の各反射面の水平方向の断面は、投射光1の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線は、それらの準線が一致し、各焦点がその準線と平行な同一の直線上に存在するものとした。ここで、プロジェクタ201が投射型スクリーン101に対して十分遠方に存在すれば、プロジェクタから投射型スクリーン101に入射する投射光1は、ほぼ平行光とみなすことができる。そのため、反射面アレイ102における隣り合う反射面のピッチと、プロジェクタ201から投射される投射光1に含まれる分割された各画像の周期とを揃えれば、図11に示すように、各反射面において反射される画像光を平行光とすることができた。
しかし、プロジェクタ201と投射型スクリーン101との間の距離が短く、プロジェクタ201からの投射光1が、投射型スクリーン101に対して平行光とみなすことができない場合には、図12に示すように、投射型スクリーン101の端に向かうほど反射光がスクリーンに対して外側へ向かう方向に反射されることになる。
このような場合には、図13に示すように、反射面アレイ102の反射面の形状を、投射光1の入射方向に対して凹面をなす放物線形状として、各放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在するように構成すればよい。このようにすることで、スクリーンの端へ投射される投射光が、スクリーンに対して外側へ向かうように反射されることを防ぐことが可能になる。さらに、プロジェクタの投射レンズの射出瞳の位置を各放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、各反射面で反射される反射光はプロジェクタ方向へ向かうため、プロジェクタ付近における観察者に効率よく立体画像を認識させることができるようになる。なお、この場合、投射光1として投射される画像としては、図5に示すように各画像を等間隔に分割して並べた画像ではなく、各反射面における反射光の角度に対応して、画像の端に向かうほど、分割の間隔を広くした画像とすることが望ましい。
また、図13に示す反射アレイ面102に代えて、図14に示すように、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。この場合、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になる。そのため、反射面アレイ102の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
また、図13に示す反射面アレイ102に代えて、図15に示すように、各反射面の水平方向の断面が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状をとなる反射面アレイを用いることも可能である。この場合、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在するように各反射面の形状を定めればよい。このように反射面アレイの各反射面を投射光の入射方向に対して凸面としても、投射光の各反射面における投射位置を調整することにより、投射光に含まれる各画像を特定の方向から観察できるようにすることができる。
各反射面の水平方向の断面を投射光の入射方向に対して凸面とする場合における反射面アレイ102と、スリットを有するバリアの後方から出射される光を、バリアの前方に配置された画素を通して観察することにより裸眼立体視を可能とする直視型の立体画像表示装置との関係を、図17に対比して示す。図17(a)に示す直視型の立体画像表示装置では、画素401の後方(観察者と反対の側)から、スリットを有するバリア402を通してバックライトなどにより光を出射する。バリア402のスリットを透過した光は、画素401により変調を受け、画像(A、BおよびC)ごとに特定の方向へ指向性を持つ表示画像となる。そのため、画素401の前方に位置した観察者は、各画像(A、BおよびC)を特定の方向から観察することが可能になる。
一方、投射型スクリーン101の反射面アレイ102では、図17(b)に示すように、平行光として反射面アレイ102に入射した光は、その入射位置によって異なる方向に反射する。そのため、反射面の断面が投射光の入射方向に対して凹面をなす場合と同様に、各反射面のピッチと投射光に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像(A、BおよびC)を、それぞれ特定の方向から観察することが可能になる。
さらに、各反射面の形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状の場合にも、図16に示すように、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。この場合にも、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になるため、反射面アレイ102の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面が放物線形状である場合の実施の形態について説明した。
第1の実施形態では、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面が放物線形状である場合の実施の形態について説明した。
第2の実施形態では、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面が楕円弧形状である場合の実施の形態について説明する。
図18は、本発明の第2の実施形態に係わる投射型スクリーン501の水平方向の断面(図18(a))および鉛直方法の断面(図18(b))を示す図である。図18(a)に示すように、反射面アレイ502の各反射面の水平方向の断面は、投射光1の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状となっている。また、レンチキュラシート503は、第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101と同様の構成である。したがって、以下では、第1の実施形態と共通するレンチキュラシート503については、説明を省略する。
図19は、本発明の第2の実施形態に係わる投射型スクリーン501の反射面アレイ502の各反射面の関係を示した図である。図19に示すように、各反射面は、投射光1の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の形状は、各楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が、各楕円弧の反射面から遠い第1の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第2の焦点が、同一の直線上に存在するように構成されている。
このように、反射面アレイ502の各反射面を楕円弧形状とすることによっても、各反射面における投射光1の入射位置によって、投射光1に含まれる複数の画像を異なる方向へ反射させることが可能になる。そのため、上述した第1の実施形態と同様に、反射面アレイ502の反射面間の間隔の周期(ピッチ)と、投射光1に含まれる各画像の周期とを揃えることにより、各画像をそれぞれ特定の方向から観察できるようにすることが可能になる。そして、各画像を観察できる方向を観察者の両眼よりも狭い角度とすることにより、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
次に、投射型スクリーン501の反射面アレイ502における各反射面について、反射面と第1の焦点との間の焦点距離(投射距離)L、反射面と第2の焦点との焦点距離gおよび反射面間の間隔の周期(ピッチ)Dの関係について説明する。なお、以下では、投射距離Lが十分大きく、各反射面について投射距離Lおよび焦点距離gが等しいとみなせるものとして説明する。
図20に示すように、ある反射面上の点Pの座標を、その反射面の第2の焦点を中心とする極座標(ρ,φ)で表す。ここで、ρは、第2の焦点から反射面上の点Pまでの距離を表し、φは焦点を通り準線に直交する直線と、第2の焦点と反射面上の点Pを通る直線とがなす角度を表す。このとき、反射面の焦点距離g、投射距離Lおよび反射面上の点Pと第2の焦点との間の距離ρとの関係は、(3)式により表すことができる。
ここで、cは、楕円の中心から各焦点までの距離を表す。また、pおよびeは、それぞれ楕円の焦点パラメータ(焦点を通り短軸に平行な弦の1/2)および離心率を表し、楕円の長半径および短半径を、それぞれaおよびbとすると、(4)式によって求めることができる。
反射光の最大の出射角度φMAXは、立体画像の観測可能域を規定するパラメータであり、あらかじめ観測可能域をφMAXとして設定すれば、反射面の焦点距離gおよび投射距離Lから、反射面アレイ502における各反射面のピッチDを(5)式によって算出することが可能になる。
このように、各反射面の形状を定め、図19に示す第1の焦点の位置にプロジェクタの射出瞳が位置するようにプロジェクタを配置することにより、各反射面で反射される反射光はプロジェクタ方向へ向かうため、プロジェクタ付近における観測者に効率よく立体画像を認識させることができるようになる。
このように、本発明の第2の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、反射面アレイの各反射面の水平方向の断面の形状を楕円弧形状とすることによっても、立体画像を観察できるようにすることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、反射面アレイ502の各反射面の楕円弧は、反射面に近い第2の焦点が直線上に存在するものとしていたが、図21に示すように、第2の焦点を各楕円弧の反射面から遠い第1の焦点を中心とする同一の円周上に存在するようにすることも可能である。このようにすることで、反射面アレイ502において、スクリーンの中央部と端部とで反射面の形状を同じにすることができ、各反射面について投射距離を一致させることが可能になる。そのため、図21に示す第1の焦点にプロジェクタの射出瞳を配置すれば、反射面アレイ502の各反射面において射出瞳と焦点間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
また、図19に示す反射面アレイ502に代えて、図22に示すように、各反射面の水平方向の断面が、投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状となる反射面アレイを用いることも可能である。この場合、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各楕円弧の反射面に近い焦点が同一の直線上に存在するように各反射面の形状を定めればよい。このように反射面アレイの各反射面を投射光の入射方向に対して凸面としても、投射光の各反射面における投射位置を調整することにより、投射光に含まれる各画像を特定の方向から観察できるようにすることができる。
さらに、各反射面の形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状の場合にも、図23に示すように、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各楕円弧の反射面に近い焦点が存在するように反射面アレイを構成することも可能である。このようにすることで、反射面アレイ502において、スクリーンの中央部と端部とで反射面の形状を同じにすることができ、投射レンズの射出瞳の位置を、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が交わる点に位置するように配置することにより、投射レンズの射出瞳の位置から反射面までの距離を一致させることが可能になる。そのため、反射面アレイ502の各反射面において射出瞳と反射面間の位置関係を一定に保つことが可能になる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、反射面アレイとレンチキュラシート間に透過散乱素子を配置し、透過散乱素子の散乱性を切り替えることにより、立体画像の表示と通常の画像の表示を切り替えることができるようにした投射型スクリーンについて説明する。
第3の実施形態では、反射面アレイとレンチキュラシート間に透過散乱素子を配置し、透過散乱素子の散乱性を切り替えることにより、立体画像の表示と通常の画像の表示を切り替えることができるようにした投射型スクリーンについて説明する。
図24は、本発明の第3の実施形態に係わる投射型スクリーン601の水平方向の断面(図24(a))および鉛直方法の断面(図24(b))を示す図である。図24に示すように、投射型スクリーン601は、水平方向の断面が放物線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向の複数並べて配置された反射面アレイ602と、反射面アレイ602に対して投射光の入射側に配置された透過散乱素子603と、透過散乱素子603に対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシート604と、透過散乱素子603に電圧を印加して、透過散乱素子603の透過性と散乱性を切り替える切り替え部605とを備えている。
すなわち、上述した第1の実施形態とは、反射面アレイ602とレンチキュラシート604との間に、切り替え部605によって透過性および散乱性を切り替えることができる透過散乱素子603を設けている点が異なる。したがって、以下では、第1の実施形態と共通する作用を有する反射面アレイ602およびレンチキュラシート604については説明を省略する。
透過散乱素子603は、切り替え部605によって電圧を印加することにより、入射した光の透過性と散乱性を切り替えることが可能である。すなわち、プロジェクタから投射される投射光1によって、立体画像を表示する場合には、切り替え部605によって透過散乱素子603に電圧を印加して、光を透過状態とする。この場合、透過散乱素子603に入射した光は、透過散乱素子603により散乱させられることなく、反射面アレイ602に入射する。そのため、第1の実施形態と同様に、反射面アレイ602によって、投射光1に含まれる各画像は、それぞれ特定の方向へ反射され、観察者は立体画像を観察することが可能になる。
一方、通常の画像を表示するためには、切り替え部605によって、透過散乱素子603に電圧が印加されない状態とする。この場合、透過散乱素子603は散乱性を有し、投射光1が透過散乱素子603を透過すると、図25に示すように、投射光1は任意の方向に散乱する。そのため、反射面アレイ602の鏡面反射特性を隠蔽し、投射型スクリーン601による投射光1の反射を拡散反射性とすることが可能になる。
したがって、切り替え部605によって透過散乱素子603の透過性および散乱性を切り替えることにより、例えば、プロジェクタから通常の2次元画像が投射される場合には、透過散乱素子603を散乱状態として、投射型スクリーン601を通常の投射型スクリーンとして機能させ、立体画像を表示させる場合には、切り替え部605によって透過散乱素子603を透過状態として、観察者に立体画像を観察できるように投射型スクリーン601を機能させることが可能となる。
なお、光の透過状態と散乱状態を切り替えることが可能な透過散乱素子603としては、例えば、高分子分散型液晶素子(Polymer Dispersed Liquid Crystal(PDLC)素子)やポリマーネットワーク型液晶素子(Polymer Networked Liquid Crystal(PNLC)素子)などのような、液晶分子中にモノマーを混合してセル内に封入し、UV照射などによってポリマー化することによって得られる液晶素子を用いることができる。
また、切り替え部605によって、透過散乱素子603の一部に電圧を印加できるようにすることで、透過散乱素子603の一部を透過状態、別の一部を散乱状態とすることも可能である。このように、透過散乱素子603の一部を透過状態、別の一部を散乱状態に切り替えることができるようにすることで、投射型スクリーン601上で、通常の2次元画像と立体画像とが混在した画像を観察できるようにすることも可能である。なお、透過散乱素子603の一部に電圧を印加するためには、例えば、透明電極を分割して透過散乱素子603に接続し、セグメント駆動を行えばよい。
このように、本発明の第3の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、反射面アレイとレンチキュラシートの間に、散乱性と透過性を切り替えることが可能な透過散乱素子を設けることにより、プロジェクタからの投射画像に応じて、立体画像と通常の2次元画像とを切り替えて観察することが可能になる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
101、501、601・・・投射型スクリーン
102、502、602・・・反射面アレイ
103、503、604・・・レンチキュラシート
201・・・プロジェクタ
603・・・透過散乱素子
605・・・切り替え部
102、502、602・・・反射面アレイ
103、503、604・・・レンチキュラシート
201・・・プロジェクタ
603・・・透過散乱素子
605・・・切り替え部
Claims (12)
- 水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、
前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートと
を備えることを特徴とする投射型スクリーン。 - 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線が一致し、各焦点が前記準線と平行な同一の直線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす放物線形状であり、各反射面の放物線の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各反射面の放物線の焦点が存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が各楕円弧の反射面から遠い第1の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第2の焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凹面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線が各楕円弧の反射面から遠い第1の焦点で交わり、各楕円弧の反射面に近い第2の焦点が前記第1の焦点を中心とする同一の円周上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、各楕円弧の反射面に近い焦点が同一の直線上に存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記二次曲線形状が投射光の入射方向に対して凸面をなす楕円弧形状であり、各反射面の楕円弧の準線に直交し焦点を通過する直線がスクリーン前方の同一の点で交わり、その点を中心とする同一の円周上に各楕円弧の反射面に近い焦点が存在することを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記反射面アレイと前記レンチキュラシートとの間に配置された透過散乱素子と、
前記透過散乱素子の透過性と散乱性を切り替える切り替え手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。 - 表示画像を含む投射光を出射する発光装置と、
前記発光装置からの投射光が入射される投射型スクリーンとを備え、
前記投射型スクリーンは、
水平方向の断面が二次曲線形状をなし鏡面反射性を有する反射面が水平方向に複数並べて配置された反射面アレイと、
前記反射面アレイに対して投射光の入射側に配置され、鉛直方向に拡散性を有するレンチキュラシートと
を備えることを特徴とする画像投影システム。
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