JP6852329B2 - 立体画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像表示装置に関するものである。

従来、２台のプロジェクターを用いて左右眼視差を有する２つの像をスクリーンに投射することで観察者に立体画像を観察させる立体画像表示装置がある（例えば、下記特許文献１参照）。この立体画像表示装置では、観察者の視点位置に応じてスクリーンからの反射光の戻り位置を制御することで、観察者の視点が移動した場合でも立体画像を視認させるようにしている。

特開平１０−１１５８７８号公報

しかしながら、上記立体画像表示装置では、スクリーンとして反射光を光源方向に戻す特性を有した回帰性スクリーンを用いるため、スクリーンの位置や向きを変えたとしても反射光の戻り位置を制御できていなかった。すなわち、上記従来の立体画像表示装置では、観察者の観察位置がずれると立体画像を良好に観察することはできなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、観察位置がずれた場合でも立体画像を観察できる、立体画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、光が通過する方向に並ぶ集光部及び光拡散部と、前記集光部及び前記光拡散部を透過した光を反射する反射部材と、を含むスクリーンと、前記スクリーンに対して第１画像光を射出する第１プロジェクターと、前記スクリーンに対して第２画像光を射出する第２プロジェクターと、観察者の位置を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記スクリーンのうちの少なくとも前記集光部を移動させる駆動部と、前記観察者を撮像する撮像素子と、前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターから射出された前記第１画像光及び前記第２画像光を透過又は反射して前記スクリーンに入射させるハーフミラーと、を備え、前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターは、前記撮像素子が撮影した画像に対応する前記第１画像光及び前記第２画像光を投射し、前記ハーフミラーは、前記スクリーンで反射された前記第１画像光及び前記第２画像光を反射又は透過して前記観察者に導く立体画像表示装置が提供される。

第１態様に係る立体画像表示装置によれば、観察者の観察位置があらかじめ決められた位置からずれた場合でも、集光部を移動させることで、立体画像を観察できる観察可能範囲に観察者の眼を位置させることができる。よって、観察者は、観察位置がずれた場合でも、立体画像を安定して観察できる。

上記第１態様において、前記集光部がフレネルレンズであり、前記光拡散部において、前記スクリーンの第１方向における光拡散角度が前記第１方向と交差する第２方向における光拡散角度よりも小さくなっており、前記駆動部は、少なくとも前記集光部を前記第１方向に移動させるが好ましい。

この構成によれば、第１方向における観察可能範囲の大きさが第２方向における観察可能範囲の大きさよりも狭くなる。本発明を採用すれば、集光部を第１方向に移動させることで、観察可能範囲を第１方向に移動することができる。よって、観察者の観察位置が第１方向にずれた場合でも、観察者の眼を観察可能範囲内に位置させることができる。したがって、観察者は、第１方向における観察位置のずれを気にすることなく、立体画像を安定して観察できる。

上記第１態様において、前記集光部がリニアフレネルレンズであり、前記光拡散部は、前記リニアフレネルレンズの段差方向における光拡散角度が前記段差方向と交差する方向における光拡散角度よりも小さくなっており、前記駆動部は、少なくとも前記集光部を前記段差方向に移動させるのが好ましい。

この構成によれば、段差方向における観察可能範囲の大きさが段差方向と交差する方向における観察可能範囲の大きさよりも狭くなる。本発明を採用すれば、集光部を段差方向に移動させることで、観察可能範囲を段差方向に移動することができる。よって、観察者の観察位置が段差方向にずれた場合でも、観察者の眼を観察可能範囲内に位置させることができる。したがって、観察者は、段差方向における観察位置のずれを気にすることなく、立体画像を安定して観察できる。

上記第１態様において、前記集光部がフレネルレンズであり、前記光拡散部の光拡散特性が等方性を有するのが好ましい。

この構成によれば、観察者の眼の周辺にプロジェクターから投射した光が集光するので、光の利用効率が高くなる。したがって、プロジェクターの光出力を抑えることで省電力化を実現できる。

上記第１態様において、前記スクリーンは前記集光部及び前記光拡散部を透過した光を反射する反射部材をさらに含むのが好ましい。

この構成によれば、反射型のスクリーンを実現できる。また、反射型のスクリーンを用いると、スクリーンの一面側に観察者及びプロジェクターが位置するため、透過型のスクリーンを用いる場合に比べて、小さいスペースで画像表示装置を使用できる。

上記第１態様において、前記観察者を撮像する撮像素子と、前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターから射出された前記第１画像光及び前記第２画像光を透過又は反射して前記スクリーンに入射させるハーフミラーと、をさらに備え、前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターは、前記撮像素子が撮影した画像に対応する前記第１画像光及び前記第２画像光を投射し、前記ハーフミラーは、前記スクリーンで反射された前記第１画像光及び前記第２画像光を反射又は透過して前記観察者に導くのが好ましい。

この構成によれば、観察者の位置に追従して観察可能範囲の位置を移動することで、観察者は観察位置を気にすることなく、常に自分の顔を立体的に観察することができる。

第１実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 プロジェクター、スクリーン及び観察者の位置関係を示す側面図。 プロジェクター、スクリーン及び観察者の位置関係を示す平面図。 スクリーンの構成を示す断面図。 フレネルレンズの構成を示す正面図及び断面図。 拡散シートの拡散特性を示す図。 観察者における右眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図。 観察者における左眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図。 観察者の上下方向における画像の見え方を概念的に説明した側面図。 スクリーンの移動と観察者の観察範囲の変化との関係を示す図。 第２実施形態のスクリーンの構成を示す断面図。 リニアフレネルレンズの構成を示す正面図及び断面図。 観察者の上下方向における画像の見え方を概念的に説明した側面図。 第３実施形態のスクリーンに用いる拡散シートの拡散特性を示す図。 第４実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。 第４実施形態のスクリーンの構成を示す断面図。 観察者における右眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図。 観察者における左眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図。 観察者の上下方向における画像の見え方を概念的に説明した側面図。 スクリーンの移動と観察者の観察範囲の変化との関係を示す図。 第５実施形態の画像表示装置の概略構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
本実施形態の画像表示装置は、両眼視差に対応した右眼用画像光と左眼用画像光とをスクリーンに投射し、スクリーンを透過した右眼用画像光及び左眼用画像光により観察者の眼に立体画像を表示する装置である。

図１は本実施形態の画像表示装置１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、画像表示装置１００は、プロジェクター１Ｒと、プロジェクター１Ｌと、スクリーン１０と、駆動部１１と、位置検出部１２と、制御装置１５とを備えている。

図２はプロジェクター１Ｒ，１Ｌ、スクリーン１０及び観察者の位置関係を示す側面図であり、図３は上記位置関係を示す平面図である。
図２、３に示すように、観察者Ｍは、スクリーン１０に対して２台のプロジェクター１Ｒ，１Ｌと反対側、且つ、２台のプロジェクター１Ｒ，１Ｌの中央に位置することで立体画像を視認する。

プロジェクター１Ｒ及びプロジェクター１Ｌは、例えば、画像表示装置１００が設置される室内の天井から吊り下げて固定される。プロジェクター（右眼用プロジェクター）１Ｒは、右眼用画像光ＧＲをスクリーン１０に対して投射するプロジェクターである。プロジェクター１Ｒは、スクリーン１０の光入射面を平面視した場合において、スクリーン１０の中心軸１０ｃに対して右側に配置される。本実施形態において、プロジェクター１Ｒは特許請求の範囲に記載の「第１プロジェクター」に相当し、右眼用画像光ＧＲは特許請求の範囲に記載の「第１画像光」に相当する。

プロジェクター１Ｌは、左眼用画像光ＧＬをスクリーン１０に対して投射するプロジェクターである。プロジェクター１Ｌは、スクリーン１０の光入射面を平面視した場合において、スクリーン１０の中心軸１０ｃに対して左側に配置される。本実施形態において、プロジェクター１Ｌは特許請求の範囲に記載の「第２プロジェクター」に相当し、左眼用画像光ＧＬは特許請求の範囲に記載の「第２画像光」に相当する。

なお、プロジェクター１Ｒ，１Ｌは同一構成からなり、右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬに対応した画像信号がそれぞれ入力される点のみ異なる。そのため、互いに入力される映像信号を入れ替えると、プロジェクター１Ｒは左眼用画像光ＧＬをスクリーン１０上に投射し、プロジェクター１Ｌは右眼用画像光ＧＲをスクリーン１０上に投射可能となる。

本実施形態において、スクリーン１０は、プロジェクター１Ｒ，１Ｌからの光を透過させる透過型のスクリーンである。スクリーン１０の平面形状は矩形状からなる。本実施形態において、スクリーン１０は、観察者Ｍの左右方向（第１方向）に沿って長手であり、観察者Ｍの上下方向（第２方向）に沿って短手となる形状を有する。なお、本実施形態において、左右方向と上下方向とは直交（交差）している。

図４はスクリーン１０の構成を示す断面図である。図４はスクリーン１０の中心軸１０ｃを通る断面に相当する。図４に示すように、スクリーン１０は、光入射方向から、フレネルレンズ（集光部）５と、拡散シート（光拡散部）６とを含む。なお、フレネルレンズ５及び拡散シート６は不図示のフレーム部材を介して一体に保持されている。

図５はフレネルレンズ５を光入射方向から視た正面図と、フレネルレンズ５の中心を通る断面図である。図５に示すように、フレネルレンズ５は、平凸レンズを同心円状の複数の領域に分割したレンズであり、のこぎり歯状の断面形状を有している。これにより、フレネルレンズ５はレンズ全体の厚みを抑えている。
このような構成に基づき、フレネルレンズ５は、凸レンズと同様に集光、結像の機能を持ったレンズと等価とみなせる。なお、のこぎり歯状の断面はプリズムとしてみなすこともできる。

本実施形態において、フレネルレンズ５は拡散シート６に対して光入射面側に配置されているが、フレネルレンズ５が光射出面側に配置されていてもよい。すなわち、スクリーン１０として、フレネルレンズ５と拡散シート６との位置を左右反転させた構造を採用することもできる。

拡散シート６は、フレネルレンズ５を透過した光を拡散させる部材である。本実施形態において、拡散シート６は光拡散特性に異方性を有している。

図６は拡散シート６の拡散特性を示す図である。図６において、横軸は入射角を基準とする出射角であり、縦軸は光の透過率である。

図６に示すように、本実施形態の拡散シート６は、左右方向には半値全角が数度、上下方向には半値全角が数十度といった異方的な特性を持つ。すなわち、拡散シート６において、水平方向（第１方向）における拡散角度が上下方向（第２方向）における拡散角度よりも小さくなっている。

駆動部１１はスクリーン１０を移動可能とする。駆動部１１は、例えば、アクチュエーターから構成される。本実施形態において、駆動部１１はスクリーン１０の下部（不図示のフレーム部材）に取り付けられている。駆動部１１は、スクリーン１０の全体を少なくとも左右方向に移動可能である。

本実施形態において、位置検出部１２は、スクリーン１０の上部に取り付けられている。例えば、位置検出部１２は、スクリーン１０の上部の両側に設置された二つの超音波センサー等から構成され、左右方向における観察者Ｍの頭部の位置、具体的には観察者の眼（視点）の位置を検出可能である。位置検出部１２は制御装置１５と電気的に接続され、検出結果を制御装置１５に送信する。

制御装置１５は画像表示装置１００の各部構成の駆動を制御する。すなわち、制御装置１５は、プロジェクター１Ｒ，１Ｌ及び駆動部１１を制御する。本実施形態において、制御装置１５は、位置検出部１２から送信される結果に基づいて、駆動部１１によってスクリーン１０の位置を制御する。

続いて、本実施形態の画像表示装置１００の動作について説明する。
まず、観察者Ｍによる画像の見え方について説明する。
図７Ａは観察者Ｍにおける右眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図であり、図７Ｂは観察者における左眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図であり、図７Ｃは観察者Ｍの上下方向における画像の見え方を概念的に説明した側面図である。

図７Ａに示すように、プロジェクター１Ｒから投射された右眼用画像光ＧＲはスクリーン１０に入射する。図７Ａ−Ｃにおいて、右眼用画像光ＧＲは図を見易くするため、中心光線及び左右の光線の３本のみを図示した。

右眼用画像光ＧＲはスクリーン１０を透過する際、フレネルレンズ５によって屈折する。本実施形態において、スクリーン１０はフレネルレンズ５の他に拡散シート６を含むため、右眼用画像光ＧＲを構成する各光線ＧＲ１は拡散シート６によって水平方向（左右方向）に拡散される。なお、拡散後の光線ＧＲ１を二点鎖線で図示している。

このように右眼用画像光ＧＲはスクリーン１０を透過することで拡散されるため、光線ＧＲ１は一点ではなく、図７Ａのハッチングで示す範囲Ｒｅに集光する。この範囲Ｒｅは右眼用画像Ｇ１を観察可能な範囲に相当する。以下、範囲Ｒｅを観察可能範囲Ｒｅと称す。本実施形態においては、右眼用画像光ＧＲが拡散シート６において結像するようにプロジェクター１Ｒの焦点を調整している。

図７Ｂ示すように、もう一方のプロジェクター１Ｌから投射された左眼用画像光ＧＬはスクリーン１０に入射する。図７Ａ−Ｃにおいて、左眼用画像光ＧＬは図を見易くするため、中心光線及び左右の光線の３本のみを図示した。

左眼用画像光ＧＬを構成する各光線ＧＬ１は拡散シート６によって左右方向に拡散される。なお、拡散後の光線ＧＬ１を二点鎖線で図示している。同様に左眼用画像光ＧＬはスクリーン１０を透過することで拡散されて、光線ＧＬ１は図７Ｂのハッチングで示す範囲Ｌｅに集光する。この範囲Ｌｅは左眼用画像を観察可能な範囲に相当する。以下、範囲Ｌｅを観察可能範囲Ｌｅと称す。本実施形態においては、左眼用画像光ＧＬが拡散シート６において結像するようにプロジェクター１Ｌの焦点を調整している。

本実施形態において、拡散シート６は、左右方向に比べて、上下方向における拡散角度が大きい（図６参照）。そのため、図７Ｃに示すように、上下方向において観察者Ｍが画像を観察可能な観察可能範囲Ｒｅ１,Ｌｅ１はいずれも水平方向に比べて広くなる。なお、観察可能範囲Ｒｅ１，Ｌｅ１は光線ＧＲ１，ＧＬ１が上下方向においてそれぞれ集光する範囲に相当する。

したがって、観察者Ｍは、観察可能範囲Ｒｅと観察可能範囲Ｒｅ１とが重なることで形成される上下方向に長い角柱状となる範囲の少なくとも一部に右眼が重なる観察位置にいる場合、スクリーン１０に投射された右眼用画像光ＧＲを右眼用画像Ｇ１として観察することができる。

また、観察者Ｍは、観察可能範囲Ｌｅと観察可能範囲Ｌｅ１とが重なることで形成される上下方向に長い角柱状となる範囲の少なくとも一部に左眼が重なる観察位置にいる場合、スクリーン１０に投射された左眼用画像光ＧＬを左眼用画像Ｇ２として観察することができる。

本実施形態において、右眼用画像Ｇ１及び左眼用画像Ｇ２は視差を有するため、観察者Ｍは裸眼で立体画像を観察できる。

ところで、立体画像を観察している間、例えば、観察者Ｍの観察位置があらかじめ決められた位置からずれると立体画像を視認できなくなるおそれがある。

これに対し、本実施形態の画像表示装置１００では、位置検出部１２によって、観察者Ｍの観察位置を検出している。そして、制御装置１５は、後述のように、観察者Ｍの観察位置に関する情報に基づいてスクリーン１０を移動し、観察者Ｍの眼の位置を観察可能範囲内に位置させている。

以下、図８を参照しつつ、スクリーン１０の移動と観察者Ｍの観察範囲の変化との関係について説明する。なお、図８は左眼用画像光ＧＬを例に挙げて説明する。すなわち、図８は図７Ｂの平面図に対応した図である。

図８に示すように、スクリーン１０を矢印方向に移動すると、フレネルレンズ５の中心位置も同じ方向に移動する。観察可能範囲Ｌｅは、左眼用画像光ＧＬの中心線とフレネルレンズ５の中心とを通る直線上に位置する。そのため、上述のようにスクリーン１０とともにフレネルレンズ５が移動すると観察可能範囲Ｌｅもスクリーン１０と同じ方向に移動する。

観察可能範囲Ｌｅの移動距離Ｄ１は、プロジェクター１Ｌからスクリーン１０までの距離と、プロジェクター１Ｌからスクリーン１０までの距離とスクリーン１０から観察者Ｍまでの距離との和の比で決まる。すなわち、上記２つの距離がほぼ等しい場合、スクリーン１０の移動距離Ｄ２は観察可能範囲Ｒｅの移動距離Ｄ１の約半分（１／２倍）となる。すなわち、駆動部１１は小さな距離だけスクリーン１０を移動することで観察可能範囲Ｌｅを大きな距離（２倍の距離）移動させることができる。

本実施形態において、制御装置１５は、位置検出部１２からの送信結果に基づいて、左右方向における観察者Ｍの観察位置（眼の位置）を取得する。そして、制御装置１５は、観察者Ｍの眼を観察可能範囲Ｒｅに重なるように、駆動部１１によりスクリーン１０を移動させる。

なお、観察者Ｍの右眼に見える右眼用画像Ｇ１についても同様であることから、その説明については省略する。

以上述べたように、本実施形態の画像表示装置１００によれば、観察者Ｍの観察位置があらかじめ決められた位置から左右方向にずれた場合でも、スクリーン１０を左右方向に適切に移動することで、観察者Ｍの眼を観察可能範囲に位置させることができる。
よって、観察者Ｍは、観察位置がずれた場合でも立体画像を安定して観察できる。
また、観察者Ｍは、観察位置がずれた場合、観察可能範囲の位置が観察位置のずれに追従して自動的に移動するので、画像を観察できる位置を自ら探して移動するような手間が無いため、快適に立体画像を観察できる。

観察者Ｍの観察位置が上下方向にずれることもある。本実施形態において、右眼画像観察可能範囲は上下方向に長い角柱状となっている。そのため、本実施形態の画像表示装置１００は、観察者Ｍの観察位置が上下方向にある程度ずれた場合であっても、スクリーン１０を上下方向に移動させなくても観察者に立体画像を観察させることができる。

なお、観察者Ｍの観察位置が上下方向に大きくずれた場合（観察者の眼が観察可能範囲から外れた場合）においては、駆動部１１によりスクリーン１０を上下方向に移動することで観察者Ｍの眼の位置に観察可能範囲を移動しても良い。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、スクリーンの構成である。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図９は本実施形態のスクリーン２０の構成を示す断面図である。図９はスクリーン２０の中心軸を通る断面に相当する。図９に示すように、スクリーン２０は、投射光入射方向から、リニアフレネルレンズ（集光部）５Ａと、拡散シート６と、を含む。

なお、リニアフレネルレンズ５Ａ及び拡散シート６は不図示のフレーム部材を介して一体に保持されている。すなわち、本実施形態のスクリーン２０は、フレネルレンズに代えて、リニアフレネルレンズ５Ａを有している。

図１０はリニアフレネルレンズ５Ａを光入射方向から視た正面図と、リニアフレネルレンズ５Ａの中心軸を通る断面を示す断面図である。図１０に示すように、リニアフレネルレンズ５Ａの左右方向における断面が第１実施形態のフレネルレンズ５と同様の形状（段差形状）となっており、上下方向において平面形状となっている。すなわち、リニアフレネルレンズ５Ａは、左右方向においては集光機能を持つが、上下方向においては集光機能を持たずに光を透過させるようになっている。

本実施形態においても、拡散シート６は、リニアフレネルレンズ５Ａの段差方向（左右方向）における光拡散角度が段差方向と交差する上下方向における光拡散角度よりも小さくなるようにリニアフレネルレンズ５Ａに対して配置される。本実施形態において、駆動部１１は、少なくともリニアフレネルレンズ５Ａを段差方向（左右方向）に移動可能となっている。

本実施形態において、リニアフレネルレンズ５Ａは拡散シート６に対して光入射面側に配置されているが、リニアフレネルレンズ５Ａが光射出面側に配置されていてもよい。すなわち、スクリーン２０として、リニアフレネルレンズ５Ａと拡散シート６との位置を左右反転させた構造を採用することもできる。

リニアフレネルレンズ５Ａは、上述のように上下方向には段差形状を有しないため、上下方向においては平面形状となっている。そのため、リニアフレネルレンズ５Ａは、上下方向において、天井の照明装置等の外光を正反射するようになっている。したがって、リニアフレネルレンズ５Ａを有したスクリーン２０は、外光による反射光の影響を受けることによる視認性の低下が起こり難い。

続いて、本実施形態のスクリーン２０を用いた際の観察者Ｍにおける画像の見え方について説明する。
スクリーン２０における左右方向の拡散特性は、第１実施形態のスクリーン１０と同じである。そのため、左右方向において、右眼用画像Ｇ１が見える観察可能範囲Ｒｅ及び左眼用画像Ｇ２が見える観察可能範囲Ｌｅは同じ形状となっている。したがって、左右方向に観察位置が動いた場合の観察者Ｍによる右眼用画像Ｇ１及び左眼用画像Ｇ２の見え方は同じである（図７Ａ，７Ｂ参照）。

一方、本実施形態において、スクリーン２０の上下方向においてはリニアフレネルレンズ５Ａによる集光機能が働かないため、基本的に光は集光せずにそのまま透過する。そのため、上下方向においては、右眼用画像光ＧＲを構成する各光線ＧＲ１及び左眼用画像光ＧＬを構成する各光線ＧＬ１により図１１に示すような観察可能範囲Ｒｅ２,Ｌｅ２が形成される。

すなわち、観察可能範囲Ｒｅ２,Ｌｅ２の大きさは、拡散シート６の上下方向における拡散角度の大きさに応じて拡がる。そのため、本実施形態の拡散シート６は、第１実施形態のスクリーン１０で使用する場合に比べて拡散角度を大きく設定されるのが望ましい。

本実施形態のスクリーン２０を用いた場合であっても、観察者Ｍの観察位置があらかじめ決められた位置から左右方向にずれた場合でも、第１実施形態と同様、スクリーン２０を左右方向に適切に移動することで、観察者Ｍの眼を観察可能範囲に位置させることができる。よって、観察者Ｍは、観察位置がずれた場合でも立体画像を安定して観察できる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る画像表示装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、スクリーンの構成である。具体的に本実施形態のスクリーンは、第１実施形態のスクリーン１０に対して、拡散特性の異なる拡散シートを有している。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

本実施形態のスクリーンは、第１実施形態のスクリーンと同様、フレネルレンズと拡散シートとを有している。すなわち、本実施形態のスクリーンの基本構成は第１実施形態のスクリーン１０と同じである。

図１２は本実施形態のスクリーンに用いられる拡散シートの拡散特性を示す図である。図１２において、横軸は入射角を基準とした出射角であり、縦軸は透過特性である。すなわち、図６に対応した図である。

図１２に示すように、本実施形態の拡散シートは、水平方向（第１方向）及び上下方向（第２方向）における拡散角度が略同じである。すなわち、本実施形態の拡散シートの光拡散特性は等方性を有している。

このような等方的な拡散特性を持つ本実施形態のスクリーンは、上下方向の観察可能範囲の大きさが左右方向の観察可能範囲と同程度に狭くなる（図７Ａ、図７Ｂ参照）。そのため、本実施形態においては、駆動部１１によりスクリーンを左右方向に加え、上下方向にも移動可能としている。

本実施形態においては、第１実施形態で説明した位置検出部１２を構成する超音波センサーをスクリーン下部にも設置する。これにより、左右方向に加えて、上下方向における観察者の頭部の位置、具体的には観察者の眼（視点）の位置が検出可能となる。

本実施形態によれば、観察者Ｍの観察位置があらかじめ決められた位置から上下左右方向のいずれの方向にずれた場合でも、観察者Ｍの眼を観察可能範囲に位置させることができる。よって、観察者は、上下左右のいずれにおいても観察位置のずれを気にすることなく、立体画像を安定して観察できる。

さらに本実施形態の構成によれば、観察者Ｍの眼の周辺にプロジェクター１Ｒ，１Ｌから投射した光（右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬ）を集光するので、プロジェクター１Ｒ，１Ｌから射出した光を効率良く利用することで高い光利用効率を実現できる。したがって、プロジェクター１Ｒ，１Ｌの光出力を抑えることができるので、画像表示装置全体としての省電力化を図ることができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る画像表示装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、スクリーンの構成である。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１３は本実施形態の画像表示装置１０１の概略構成を示す図である。図１３に示すように、画像表示装置１０１は、プロジェクター１Ｒと、プロジェクター１Ｌと、スクリーン３０と、駆動部１１と、位置検出部１２と、制御装置１５とを備えている。

本実施形態のスクリーン３０は反射型のスクリーンであるため、観察者Ｍはスクリーン３０に対向し、且つ、プロジェクター１Ｒ，１Ｌの直下で画像を観察する。すなわち、本実施形態では、スクリーン３０を観察する方向が第１実施形態に示した透過型のスクリーン１０と逆になる。そのため、スクリーン３０に対するプロジェクター１Ｒ，１Ｌの配置が逆になる。

また、本実施形態において、各プロジェクター１Ｒ，１Ｌの投射像も反射されるため、左右が逆になる。そのため、各プロジェクター１Ｒ，１Ｌに入力する画像信号の左右を反転しておく必要がある。このような画像信号の左右を反転する方法としては、プロジェクター１Ｒ，１Ｌに内蔵される、従来から公知とされる反転機能を用いることで対応可能である。

具体的にプロジェクター１Ｒは、スクリーン３０の光入射面を平面視した場合において、スクリーン３０の中心に対して左側に位置する。プロジェクター１Ｌは、スクリーン１０の光入射面を平面視した場合において、スクリーン３０の中心に対して右側に位置する。

図１４は本実施形態のスクリーン３０の構成を示す断面図である。図１４はスクリーン３０の中心軸を通る断面に相当する。図１４に示すように、スクリーン３０は、投射光入射方向から、フレネルレンズ５と、拡散シート６と、反射ミラー（反射部材）７と、を含む。

なお、フレネルレンズ５、拡散シート６及び反射ミラー７は不図示のフレーム部材を介して一体に保持されている。すなわち、本実施形態のスクリーン３０は、反射ミラー７を含む以外、第１実施形態のスクリーン１０と同一の構成となっている。

反射ミラー７は、可視光を反射する平面であり、例えば、ガラスの表面に反射膜を蒸着することで形成される。本実施形態のスクリーン３０は、反射ミラー７を備えることで、プロジェクター１Ｒ，１Ｌからの投射光（右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬ）を反射するフロントスクリーンとして機能する。

本実施形態において、スクリーン３０は、駆動部１１により少なくとも左右方向に移動可能とされている。駆動部１１は、第１実施形態と同様、位置検出部１２の検出結果に基づいて、スクリーン３０を移動させる。

続いて、本実施形態における観察者Ｍによる画像の見え方について説明する。
図１５Ａは観察者Ｍにおける右眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図であり、図１５Ｂは観察者Ｍにおける左眼用画像の見え方を概念的に説明した平面図であり、図１５Ｃは観察者Ｍの上下方向における画像の見え方を概念的に説明した側面図である。すなわち、図１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、図７Ａ，７Ｂ，７Ｃにそれぞれ対応する図である。

図１５Ａに示すように、プロジェクター１Ｒから投射された右眼用画像光ＧＲはスクリーン３０で反射される際、拡散シート６を透過することで拡散されるとともにフレネルレンズ５によって所定位置に集光される。図１５Ａ−Ｃにおいて、図７Ａ−７Ｃと同様、右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬは図を見易くするため、中心光線及び左右の光線の３本のみを図示し、拡散後の光線ＧＲ１，ＧＬ１を一点鎖線で図示した。

図１５Ａに示すように、スクリーン３０で反射された右眼用画像光ＧＲは拡散されるため、右眼用画像光ＧＲを構成する各光線ＧＲ１は一点ではなく、左右方向において観察可能範囲Ｒｅに集光する。

また、図１５Ｂに示すように、スクリーン３０で反射された左眼用画像光ＧＬを構成する各光線ＧＬ１は左右方向において観察可能範囲Ｌｅに集光する。
また、図１５Ｃに示すように、右眼用画像光ＧＲを構成する各光線ＧＲ１は上下方向において観察可能範囲Ｒｅ３に集光し、左眼用画像光ＧＬを構成する各光線ＧＬ１は上下方向において観察可能範囲Ｌｅ３に集光する。

本実施形態において、スクリーン３０で反射された光は拡散シート６を２回透過するため、拡散シート６を１回だけ透過する透過型のスクリーン１０とは拡散角度が異なるが、拡散シート６の拡散角度を調整しておけば、反射型のスクリーン３０であっても、上述した観察可能範囲Ｒｅ３，Ｌｅ３を第１実施形態の観察可能範囲Ｒｅ１，Ｌｅ１と同様の大きさに設定できる。

ここで、図１６を参照しつつ、スクリーン３０の移動と観察者Ｍの観察範囲の変化との関係について説明する。なお、図１６は、右眼用画像光ＧＲを例に挙げて説明する。

図１６に示すように、スクリーン３０を矢印で示す方向に移動すると、フレネルレンズ５の中心位置も同じ方向に移動するため、右眼用画像光ＧＲの観察可能範囲Ｒｅもスクリーン１０と同じ方向に移動する。

また、観察可能範囲Ｒｅとスクリーン３０の移動距離の関係は、透過型のスクリーン１０と同様である。すなわち、観察可能範囲Ｒｅの移動距離Ｄ１に対してスクリーン３０の移動距離Ｄ２は約半分（１／２倍）となる。すなわち、駆動部１１は小さな距離だけスクリーン３０を移動することで観察可能範囲Ｒｅを大きな距離（２倍の距離）移動させることができる。

本実施形態の画像表示装置１０１によれば、観察者Ｍの観察位置があらかじめ決められた位置から左右方向にずれた場合でも、反射型のスクリーン３０を左右方向に移動させることで、第１実施形態と同様、観察者Ｍの眼を観察可能範囲に位置させることができる。よって、観察者Ｍは、観察位置がずれた場合でも立体画像を安定して観察できる。

また、本実施形態では、反射型のスクリーン３０を用いるため、スクリーン３０に対して同じ側に観察者Ｍ及びプロジェクター１Ｒ，１Ｌがあるため、透過型のスクリーンを用いる場合に比べて、小さいスペースで画像表示装置１０１を使用できる。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態に係る画像表示装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。

図１７は、本実施形態の画像表示装置１０２の概略構成を示す図である。図１７に示すように、本実施形態の画像表示装置１０１は、プロジェクター１Ｒと、プロジェクター１Ｌと、スクリーン３０と、駆動部１１と、位置検出部１６と、制御装置１７と、ハーフミラー１８と、撮像装置１９ａ，１９ｂと、筐体２５とを備えている。筐体２５は、プロジェクター１Ｒ、プロジェクター１Ｌ、スクリーン１０、駆動部１１、位置検出部１６及びハーフミラー１８を収容する。

本実施形態において、位置検出部１６は、筐体２５に取り付けられている。例えば、位置検出部１６は、筐体２５の左右端に設置された二つの超音波センサー等から構成され、左右方向における観察者Ｍの頭部の位置、具体的には観察者の眼（視点）の位置を検出可能である。位置検出部１６は制御装置１７と電気的に接続され、検出結果を制御装置１７に送信する。

制御装置１７は画像表示装置１０２の各構成の駆動を制御する。すなわち、制御装置１７は、プロジェクター１Ｒ，１Ｌ及び駆動部１１を制御する。本実施形態において、制御装置１７は、位置検出部１６から送信される結果に基づいて、駆動部１１によってスクリーン３０の位置を制御する。

プロジェクター１Ｒ、プロジェクター１Ｌ及びスクリーン３０は、第１実施形態の画像表示装置１００と同様の位置関係にある。本実施形態において、プロジェクター１Ｒ及びプロジェクター１Ｌはスクリーン３０の下方に位置し、下方から上方に向けて右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬを投射するように配置されている。

本実施形態において、ハーフミラー１８は、プロジェクター１Ｒ及びプロジェクター１Ｌから投射された右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬがスクリーン３０に向かう経路の途中に配置されている。

本実施形態において、観察者Ｍは、ハーフミラー１８に対向する位置で画像を観察する。撮像装置１９ａ，１９ｂは、例えば、ＣＣＤカメラから構成される。撮像装置１９ａ，１９ｂ及び観察者Ｍは、第４実施形態におけるプロジェクター１Ｒ，１Ｌ及びスクリーン３０の配置（図１３参照）と同様になるような関係で配置されており、各カメラは光軸を水平にするように配置されており、ハーフミラー１８を介して観察者Ｍを異なる方向から撮像する。そのため、撮像装置１９ａによる撮影画像と撮像装置１９ｂによる撮影画像とは、両目視差に対応した画像となる。

撮像装置１９ａ，１９ｂは、制御装置１７に電気的に接続されている。制御装置１７は、撮像装置１９ａ，１９ｂ（各ＣＣＤカメラ）から送信される画像データを画像信号に変換し、プロジェクター１Ｒ，１Ｌにそれぞれ送信する。

本実施形態において、プロジェクター１Ｒは、制御装置１７から送信される画像信号（撮像装置１９ａによる撮影画像）に基づいて、右眼用画像光ＧＲをスクリーン３０に向けて投射する。また、プロジェクター１Ｌは、制御装置１７から送信される画像信号（撮像装置１９ｂによる撮影画像）に基づいて、左眼用画像光ＧＬをスクリーン３０に向けて投射する。本実施形態において、右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬはハーフミラー１８を透過してスクリーン３０に入射する。

スクリーン３０で反射された右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬはハーフミラー１８により観察者Ｍに向けて反射される。本実施形態において、右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬは両目視差に対応するため、スクリーン３０上には立体像Ｚが生成される。そのため、観察者Ｍはハーフミラー１８越しに立体像虚像Ｚ１を観察する。

なお、立体像虚像Ｚ１は、通常の鏡を見るように左右方向が反転したものであっても良い。あるいは、立体像虚像Ｚ１は、他人が見るように左右方向を反転しないものであっても良い。このような左右方向を判定する手法は、プロジェクター１Ｒ，１Ｌの左右反転などの既存技術で対応できる。

本実施形態の画像表示装置１０２によれば、観察者Ｍの位置に自動的に追従して観察可能範囲を移動させることで、観察者Ｍは観察位置を気にすることなく、常に自分の顔を立体的に観察できる。

なお、本実施形態において、位置検出部１６を用いて観察者Ｍの位置を取得していたが、撮像装置１９ａ，１９ｂが撮影した画像から観察者Ｍの位置を検出するようにしても良い。このようにすれば、位置検出部１６が不要となるので、部品点数を減らすことで画像表示装置１０１の低コスト化を実現できる。

本実施形態の画像表示装置１０２は、例えば、遠隔地にもう１台設置することで双方向通信手段として利用することも可能である。例えば、第１の場所に設置した画像表示装置１０１の撮像装置１９ａ，１９ｂの出力信号を、第２の場所に設置した画像表示装置１０１のプロジェクター１Ｒ，１Ｌに入力信号として送信するとともに、第２の場所に設置した画像表示装置１０１の撮像装置１９ａ，１９ｂの出力信号を、第１の場所に設置した画像表示装置１０１のプロジェクター１Ｒ，１Ｌに入力信号として送信するように接続すればよい。

このようにすれば、立体的な双方向の通信環境を構築できる。この場合においても、観察可能範囲が観察者Ｍに追従して移動するので、観察者Ｍは着座する位置に気を使わなくても、遠隔地にいる相手の顔を立体的に視認することができ、快適且つ臨場感のある双方向通信を行うことができる。

本実施形態において、ハーフミラー１８に対するスクリーン３０及び撮像装置１９ａ，１９ｂの位置を入れ替えても良い。
この場合、プロジェクター１Ｒ，１Ｌから投射された右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬはハーフミラー１８で反射されてスクリーン３０に投射される。スクリーン３０で反射された右眼用画像光ＧＲ及び左眼用画像光ＧＬはハーフミラー１８を透過して観察者Ｍに向かう。また、撮像装置１９ａ，１９ｂはハーフミラー１８で反射された観察者Ｍの像を撮像することになる。
この構成によれば、スクリーン３０の表面が上下方向に沿って配置されるので、図１７に示したようにスクリーン３０を水平に保持する場合に比べて、スクリーン３０の保持構造を簡略化できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記第１実施形態において、スクリーン１０を１枚のフレネルレンズ５と拡散シート６とから構成する場合を例に挙げたが、２枚のフレネルレンズ５で拡散シート６を挟持する構成を採用しても良い。この構成の場合、フレネルレンズは同じものを２枚重ねると、焦点距離はフレネルレンズ単体の焦点距離（第１実施形態の構成）の約１／２になる。

また、上記第２実施形態において、スクリーン１０を１枚のリニアフレネルレンズ５Ａと拡散シート６とから構成する場合を例に挙げたが、２枚のリニアフレネルレンズ５Ａで拡散シート６を挟持する構成を採用しても良い。

また、上記実施形態では、駆動部１１によりスクリーン１０の全体を移動させる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、駆動部１１はスクリーン１０の構成要素のうち、少なくともフレネルレンズ５のみを移動させる構成であれば良い。

また、上記実施形態では、スクリーン１０，２０，３０の移動方向を左右方向或いは上下方向に移動する場合を例に挙げたが、左右方向及び上下方向に交差する斜め方向に沿ってスクリーン１０，２０，３０を移動することで観察者Ｍの観察可能範囲を動かすようにしても良い。また、観察者Ｍの観察位置が前後方向に動いた場合、スクリーン１０，２０，３０を前後方向（スクリーンの厚さ方向）に移動することで観察可能範囲を動かすようにしても良い。

１Ｌ…プロジェクター（第２プロジェクター）、１Ｒ…プロジェクター（第１プロジェクター）、５…フレネルレンズ（集光部）、５Ａ…リニアフレネルレンズ（集光部）、６…拡散シート（拡散部）、７…反射ミラー、１０，２０，３０…スクリーン、１１…駆動部、１２，１６…位置検出部、１８…ハーフミラー、１９ａ，１９ｂ…撮像装置、１００，１０１，１０２…画像表示装置、ＥＬ…左眼、ＥＲ…右眼、ＧＬ…左眼用画像光（第２画像光）、ＧＲ…右眼用画像光（第１画像光）、Ｍ…観察者。

Claims (4)

1. 光が通過する方向に並ぶ集光部及び光拡散部と、前記集光部及び前記光拡散部を透過した光を反射する反射部材と、を含むスクリーンと、
   前記スクリーンに対して第１画像光を射出する第１プロジェクターと、
   前記スクリーンに対して第２画像光を射出する第２プロジェクターと、
   観察者の位置を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づき、前記スクリーンのうちの少なくとも前記集光部を移動させる駆動部と、
   前記観察者を撮像する撮像素子と、
   前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターから射出された前記第１画像光及び前記第２画像光を透過又は反射して前記スクリーンに入射させるハーフミラーと、を備え、
   前記第１プロジェクター及び前記第２プロジェクターは、前記撮像素子が撮影した画像に対応する前記第１画像光及び前記第２画像光を投射し、
   前記ハーフミラーは、前記スクリーンで反射された前記第１画像光及び前記第２画像光を反射又は透過して前記観察者に導く
   ことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記集光部がフレネルレンズであり、
   前記光拡散部において、前記スクリーンの第１方向における光拡散角度が前記第１方向と交差する第２方向における光拡散角度よりも小さくなっており、
   前記駆動部は、少なくとも前記集光部を前記第１方向に移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 前記集光部がリニアフレネルレンズであり、
   前記光拡散部は、前記リニアフレネルレンズの段差方向における光拡散角度が前記段差方向と交差する方向における光拡散角度よりも小さくなっており、
   前記駆動部は、少なくとも前記集光部を前記段差方向に移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
4. 前記集光部がフレネルレンズであり、
   前記光拡散部の光拡散特性が等方性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。

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