JPWO2006003737A1 - 立体画像表示システム - Google Patents

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高橋　　健
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信之 中野
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良太郎 岩見
智裕 寺田
智裕 寺田
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Abstract

技術的課題は、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる立体画像表示システムを提供することである。立体画像表示システム（１）において、表示装置（３）は、画像生成装置（２）から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する。このような光に含まれる各オブジェクトに、遠焦点化装置（４）は、立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する。反射部材（６）は、このような多重光を、観察者（Ｖ）の方向に反射して、オブジェクトが合成された立体画像を提供する。したがって、観察者（Ｖ）は、現在表示されているオブジェクトを視認すると共に、網膜に残る他のオブジェクトの残像も認識する。これによって、これらオブジェクトが奥行き方向に異なる位置に合成されたように観察者（Ｖ）により認識される。

Description

本発明は、立体画像表示システムに関し、より特定的には、奥行き感、言い換えれば立体感を持つ画像を表示する立体画像表示システムに関する。
図１８は、上記のような立体画像表示システムにおいて、パララックスバリア方式を採用したものの一例の全体構成を示す模式図である。図１８において、立体画像表示システムは大略的に、画像生成装置２０１と、画像表示装置２０２とを備える。画像生成装置２０１は、データ蓄積部２０３と、左右画像生成部２０４と、画像合成部２０５とを含む。また、画像表示装置２０２は、表示画面２０６と、格子状のスリット（アパーチャ）が形成されたパララックスバリア板２０７とを含む。
データ蓄積部２０３は、表示対象となるオブジェクトＡの形状を示すデータを格納する。
左右画像生成部２０４は、予め定められた観察位置から、オブジェクトＡを観察者Ｖの左右それぞれの眼で見た時の視差を算出する。左右画像生成部２０４は、算出された視差に基づいて、オブジェクトＡについて、左眼用の画像ＩＬ及び右眼用の画像ＩＲを生成する。
画像合成部２０４は、左右画像生成部２０４で生成された２つの画像ＩＬ及びＩＲのそれぞれを微細な短冊状に分割する。これによって、画像合成部２０４は、左眼用の部分画像ＰＩＬをいくつか生成し、また、右眼用の部分画像ＰＩＲをいくつか生成する。なお、図１８には代表的に、左眼用について１つの部分画像から線を引き出して、「ＰＩＬ」という参照符号を付けている。同様に、右眼用についても、１つの部分画像に「ＰＩＲ」という参照符号を与えている。画像合成部２０４はさらに、全ての部分画像ＰＩＬ及びＰＩＲから、部分画像ＰＩＬ又はＰＩＲを１つずつ交互に選択してつなぎ合わせる。これによって、画像合成部２０４は、合成画像ＳＩを生成し、画像表示装置２０２に出力する。
画像表示装置２０２は、自身が備える表示画面２０６に、入力された合成画像ＳＩを表示する。
観察者Ｖは、前述の観察位置から、パララックスバリア板２０７を介して、表示画面２０６に表示された合成画像ＳＩを両眼で観察する。この時、観察者Ｖの左眼には、合成画像ＳＩにおいて、部分画像ＰＩＬは届くが、部分画像ＰＩＲは、パララックスバリア板２０７によって遮断されるため、観察者Ｖの左眼には届かない。逆に、観察者Ｖの右眼には、部分画像ＰＩＲのみが届き、部分画像ＰＩＬは届かない。これによって、両眼視差が発生し、観察者Ｖは、オブジェクトＡを立体的に、つまり立体像を視認する。
ところで、実空間において、人間の眼の焦点及び輻輳角の調節は連動している。しかしながら、上述の立体画像表示システムで提供される立体像は、固定的に設置された表示画面２０６に表示されるので、眼の焦点調節は、観察位置から表示画面２０６までの距離を変えることで行われる。それに対して、両眼の輻輳角は、観察者Ｖから立体像までの仮想的な距離（奥行き）に基づいて調節される。したがって、立体像を観察者Ｖが目視する場合、観察者Ｖが調節した焦点距離と、輻輳角を調節するための仮想的な距離とは対応しない。つまり、本来連動すべき焦点調節と輻輳角の調節とにずれが生じるため、観察者Ｖは、立体像を目視した時、違和感を覚えたり、それを長時間目視する場合には疲労を感じたりするという問題があった。
以上の問題を解決するために、ハーフミラー重畳方式を採用した立体画像表示システム（以下、従来の立体画像表示システムと称する）が提案されている（例えば、特開平１０−３３３０９３号公報を参照）。ここで、図１９は、従来の立体画像表示システムの全体構成を示す模式図である。図１９において、立体画像表示システムは、画像生成装置２１０と、画像表示装置２１１と、光学系２１２とを備えている。
画像生成装置２１０は、データ蓄積部２２２と、画像分割部２２３と、左右画像生成部２２４と、画像合成部２２５とを含む。
データ蓄積部２２２は、表示対象となる複数のオブジェクト（図示は、オブジェクトＰ，Ｑ及びＲ）の形状を示すデータを格納する。
画像分割部２２３は、データ蓄積部２２２内のデータを、観察者Ｖの位置から起算して互いに異なる距離の範囲に含まれるオブジェクト毎のデータに分割する。
なお、説明の便宜上、本説明では、オブジェクトＰが、観察者Ｖから最も遠い距離の範囲（以下、長距離レンジと称する）に属し、オブジェクトＲは、観察者Ｖから最も近い距離の範囲（以下、近距離レンジと称する）に属し、オブジェクトＱは、長距離レンジ及び近距離レンジの中間に属する距離の範囲（以下、中距離レンジと称する）に属すると仮定する。このような仮定下では、オブジェクトＰの形状を示す部分データと、オブジェクトＱの形状を示す部分データと、オブジェクトＲの形状を示す部分データとが生成される。
左右画像生成部２２４は、画像分割部２２３で分割されたオブジェクトを表す各画像を、予め定められた観察位置から観察者の左右それぞれの眼で見た時の視差を算出する。左右画像生成部２２４は、算出した視差に基づいて、各オブジェクトについて左眼用の画像ＩＬと、右眼用の画像ＩＲとを生成する。
上述の仮定下では、左右画像生成部２２４では、オブジェクトＰについて、左眼用の画像ＩＬｐ及び右眼用の画像ＩＲｐが生成され、オブジェクトＱについて、左眼用の画像ＩＬｑ及び右眼用の画像ＩＲｑが生成され、さらに、オブジェクトＲについて、左眼用の画像ＩＬｒ及び右眼用の画像ＩＲｒが生成される。
画像合成部２２５は、左右画像生成部２２４で生成された２枚１対の画像ＩＬ及びＩＲのそれぞれを微細な短冊状に分割して、左眼用の部分画像ＰＩＬをいくつか生成し、右眼用の部分画像ＰＩＲをいくつか生成する。画像合成部２２４はさらに、１セットの部分画像ＰＩＬ及びＰＩＲから、部分画像ＰＩＬ又はＰＩＲを１つずつ交互に選択してつなぎ合わせる。このようにして、画像合成部２２４は、オブジェクト毎に合成画像ＳＩを生成し、表示装置２１１に出力する。
上述の仮定下では、オブジェクトＰについて、左眼用の画像ＩＬｐ及び右眼用の画像ＩＲｐから、左眼用の部分画像ＰＩＬｐ及び右眼用の部分画像ＰＩＲｐが生成され、その後、合成画像ＳＩｐが生成される。同様に、オブジェクトＱ及びＲについても、合成画像ＳＩｑ及びＳＩｒが生成される。
表示装置２１１は、各距離範囲に割り当てられる表示部２２７及びパララックスバリア板２２８の組みを含む。各表示部２２７は、画像合成部２２５で生成される合成画像ＳＩのうち、自身が割り当てられた距離範囲用のものを受け取り、受け取ったものを表示する。各表示部２２７は、合成画像ＳＩを表す光を、同じ組のパララックスバリア板２２８に向けて発する。各パララックスバリア板２２８には格子状のスリットが形成されており、各パララックスバリア板２２８は、それぞれに対して前置された表示部２２７から発せられた光を通過させる。
なお、上述の仮定下では、表示装置２１１は、遠距離用として表示部２２７Ｌ及びパララックスバリア板２２８Ｌの組と、中距離用として表示部２２７Ｉ及びパララックスバリア板２２８Ｉの組と、近距離用として表示部２２７Ｓ及びパララックスバリア板２２８Ｓの組とを含む。
光学系２１２は、上述の距離範囲毎に割り当てられた複数のミラー２３０を含む。各ミラー２３０のうち、観察者Ｖからみて最も遠くに配置されるものは全反射ミラーでよく、その他のミラー２３０はハーフミラーである。また、各ミラー２３０に、前置されたパララックスバリア板２２８を通過した光が入射されると、入射光は反射する。ここで、各ミラー２３０の反射方向は、観察者Ｖの視線と概ね一致するように予め配置される。また、上述のように、観察者Ｖからみて最も遠くに配置されるミラー２３０以外はハーフミラーであるため、各ミラー２３０で反射された光束は合成される。
先に述べた３種の距離レンジが規定されるという仮定下では、遠距離用の全反射ミラー２３０Ｌと、中距離用及び近距離用の２個のハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓが配置される。全反射ミラー２３０Ｌは、パララックスバリア板２２８Ｌを通過した光を、中距離用のハーフミラー２３０Ｉに向けて反射する。また、ハーフミラー２３０Ｉは、全反射ミラー２３０Ｌにより反射された光を概ね半分だけ透過するとともに、パララックスバリア板２２８Ｉを通過した光の一部を反射する。これによって、双方の光は合成される。また、近距離用のハーフミラー２３０Ｓは、ハーフミラー２３０Ｉで合成された光を概ね半分だけ透過し、パララックスバリア板２２８Ｉを通過した光を概ね半分だけ反射する。
これによって、観察者Ｖは、予め定められた観察位置から光学系２１２を両眼で観察すると、観察者Ｖの左眼には、各部分画像ＰＩＬのみが届き、その右眼には各部分画像ＰＩＲのみが届く。さらに、観察者Ｖは、各ミラー２３０の位置を仮想スクリーンとして、各オブジェクトを視認することになるので、実際の奥行き感を保ちながら、両眼視差により立体像を認識することが可能となる。その結果、パララックスバリア方式を採用した立体画像表示システムに比べて、従来の立体画像表示システムは、観察者Ｖの両眼で焦点が調節された距離と、両眼の輻輳角のずれは小さくなるので、観察者の違和感及び／又は疲労を減少させることができる。
しかしながら、従来の立体画像表示システムでは、直列に配置されたハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓを使って、画像を表す光束を合成するため、観察者Ｖから遠くで反射されるほど、画像の光量が落ちてしまい、観察者Ｖには見えにくくなるという問題点がある。具体的には、図２０に示すように、ハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓの特性は、入射光量に対する反射光量及び透過光量に比率は概ね半分になる。したがって、従来の立体画像表示システムのように、２枚のハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓを透過する全反射ミラー２３０Ｌで反射された光は、ハーフミラー２３０Ｓを透過した後、元々の２の２乗分の１（つまり２５％）に減衰される。同様に、ｎ枚のハーフミラー２３０を通した光（画像）は、２のｎ乗分の１に減衰してしまう。以上のことから、ハーフミラー２３０の設置数を多くし、多くの距離感を持つ仮想スクリーンを設置すれば、滑らかな距離感を持つ画像を観察者Ｖに提供することが可能になるが、上述のようにハーフミラー２３０の設置数に応じて光量も減少するので、従来の立体画像表示システムにハーフミラーを多く設置することは適切ではない。
また、従来の立体画像表示システムにハーフミラーを多く設置しつつ、光量減少に対処するために、各表示部２２７から発せられる光量を大きくすることも可能である。しかし、各表示部２２７が大きくなったり、表示部２２７の発熱を抑えるための冷却装置が必要になったりする。その結果、消費電力の増加し、システム自体の肥大化し、若しくはシステムの製造コスト又は維持コストが増大してしまう。
また、従来の立体画像表示システムには、パララックスバリア方式を採用することから観察者Ｖの観測位置が限られたり、パララックスバリア板２２８の存在そのもののため画像を観察しづらかったりするという他の問題もある。
それ故に、本発明の目的は、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる立体画像表示システムを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、立体画像表示システムに向けられている。立体画像表示システムは、複数のオブジェクトのそれぞれを表すデータを、立体画像の奥行き方向に沿う距離の範囲毎に分類して順次的に出力する画像生成装置と、画像生成装置から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する表示装置と、表示装置から発せられた多重光に含まれる各オブジェクトに立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する１又は複数の遠焦点化装置とを備える。ここで、遠焦点化装置は、内部に含む少なくとも１個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が有するマイクロミラーの傾きを予め定められた時間毎に変更して、表示装置から発せられた多重光から、複数のオブジェクトのいずれかを含む複数の部分光を分離する光路分岐回路と、光路分岐回路により分離された複数の部分光のそれぞれが表すオブジェクトに、互いに異なる立体感又は距離感を与える遠焦点化部と、内部に含む少なくとも１個のＤＭＤが有するマイクロミラーの傾きを、予め定められた時間と実質的に同じ時間毎に変更することで、遠焦点化部から発せられた複数の部分光を、予め定められた時間毎に順番に選択し、選択した光を順次的に出力して立体画像光を生成する光路選択回路とを含む。
遠焦点化部は、光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられかつ互いに異なる焦点距離を持つ光学部品を有する。
光学部品は、凸レンズ、凹レンズ、凸面鏡及び凹面鏡からなるグループから選ばれる１以上である。また、光学部品は例示的には、ホログラフィック光学素子である。
また、好ましくは、立体画像表示システムにおいて、複数の遠焦点化装置が互いに直列に光結合される。
また、具体的には、各遠焦点化部は、光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられる光学部品を有する。ここで、遠焦点化部のそれぞれから１つずつ選ばれた光学部品を組み合わせたものの焦点距離は互いに異なる。
また、好ましくは、立体画像表示システムはさらに、遠焦点化装置から出力された立体画像光を観察者の方向に反射する、少なくとも１個の反射部材とを備える。このように、反射部材が立体画像光を反射することにより、複数のオブジェクトが合成された立体画像が観察者により視認される。
また、好ましくは、反射部材は、光路選択回路からの光の一部を所定方向に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を同方向に向けて透過する。ここで、反射部材は例示的には、ハーフミラー、全反射ミラー及びホログラフィック光学素子のいずれかである。
ＤＭＤは一般的には、複数のマイクロミラーを有する。ここで、好ましくは、所定部分のマイクロミラーの傾きを変更することにより、ＤＭＤは、各表示部から発せられた光の一部分を選択する。ここで、所定部分のマイクロミラーとは例示的には、立体画像光が表す立体画像においてオブジェクトが無い部分を担当するものである。他の例示として、所定部分のマイクロミラーとは、立体画像光が表す立体画像において、複数のオブジェクトが重なり合う部分の遠距離側を担当するものである。
また、反射部材は、光路選択回路からの光の一部を観察者に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を観察者に向けて透過する。この場合において、所定部分のマイクロミラーとは、立体画像光が表す立体映像に含まれるオブジェクトにおいて、反射部材の背後に存在する物体よりも遠距離側に表示される部分を担当するものである。
以上の局面によれば、表示装置は、画像生成装置から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する。このような光に含まれる各オブジェクトに、遠焦点化装置は、立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する。反射部材は、このような多重光を、観察者の方向に反射して、オブジェクトが合成された立体画像を提供する。したがって、観察者は、現在表示されているオブジェクトを視認すると共に、網膜に残る他のオブジェクトの残像も認識する。これらオブジェクトは、奥行き方向に異なる位置に表示される。これによって、観察者に各オブジェクトが立体的に合成された立体画像を提供することが可能となる。
また、本立体画像表示システムは、ＤＭＤを用いているので、光損失が少なくなり、さらには、パララックスバリア板のような光路を遮断する部材を用いなくて済む。これによって、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる立体画像表示システムを実現することが可能となる。
本発明の上記及びその他の目的、特徴、局面及び利点は、以下に述べる本発明の詳細な説明を添付の図面とともに理解したとき、より明らかになる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システム１の全体構成を示す模式図である。 図２Ａは、図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第１の模式図である。 図２Ｂは、図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第２の模式図である。 図２Ｃは、図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第３の模式図である。 図２Ｄは、図１に示すＤＭＤ１３による光の反射を示す第１の模式図である。 図２Ｅは、図１に示すＤＭＤ１７による光の反射を示す第２の模式図である。 図３は、図１に示すデータ蓄積部８に格納されるデータが表すオブジェクトを例示する模式図である。 図４は、図１に示す各ＤＭＤ１３及び１７の動作を示すタイミングチャートである。 図５は、図１に示す立体画像表示システム１により仮想的に形成される仮想スクリーンを例示する模式図である。 図６は、図５に示す各仮想スクリーンに表示される画像の遷移を示す状態遷移図である。 図７は、図１に示す立体画像表示システム１により提供される立体画像を例示する模式図である。 図８は、図１に示す立体画像表示システム１の有利な点を示す図である。 図９は、第１の実施形態の変形例（第１の変形例）におけるＤＭＤ１３ａを真上から観たときの模式図である。 図１０Ａは、図９に示すＤＭＤ１３ａのマイクロミラー２２の状態を示す模式図である。 図１０Ｂは、図９に示すＤＭＤ１３ａにより反射された光がＤＭＤ１７ａにどのように入射され反射されるかを示す模式図である。 図１１は、第１の変形例に係る立体画像表示システム１により仮想的に形成される仮想スクリーンを例示する模式図である。 図１２は、図１１に示す各仮想スクリーンに表示される画像の遷移を示す状態遷移図である。 図１３は、第１の変形例に係る立体画像表示システム１により提供される立体画像を例示する模式図である。 図１４は、第１の実施形態の変形例（第２の変形例）に係る立体表示装置１０１の構成を示す模式図である。 図１５は、図１４に示す遠焦点化装置４ａ及び４ｂの詳細な構成を示す模式図である。 図１６は、第１の実施形態の変形例（第３の変形例）に係る立体画像表示システム１又は１０１の構成を部分的に示す模式図である。 図１７は、図１６に示す立体画像表示システム１又は１０１の有利な点を示す図である。 図１８は、パララックスバリア方式を採用した一般的な立体画像表示システムの全体構成を示す模式図である。 図１９は、従来の立体画像表示システムの全体構成を示す模式図である。 図２０は、図１７に示す立体画像表示システムの問題点を示す模式図である。
符号の説明
１，１０１ 立体画像表示システム
２ 画像生成装置
８ データ蓄積部
９ 画像分類部
３ 表示装置
４，４ａ，４ｂ 遠焦点化装置
１０ 光路分岐回路
１１ 遠焦点化部
１２ 光路選択回路
１３ ＤＭＤ
１４ 反射部材
１５，１５１，１５２ 凸レンズ
１６ 反射部材
１７ ＤＭＤ
２２ マイクロミラー
５ レンズ
６ 反射部材
（実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システム１の全体構成を示す模式図である。図１において、立体画像表示システム１は、画像生成装置２と、表示装置３と、遠焦点化装置４と、レンズ５と、反射部材６とを備えている。また、説明の便宜のため、図１には、互いに直行する縦中心面Ｐｖ（一点鎖線を参照）と、横中心面Ｐｈ（二点鎖線を参照）とが示されている。なお、縦中心面Ｐｖ及び横中心面Ｐｈは、図面が複雑にならないように、図１において立体画像表示システム１が描かれた部分を貫かないように示されている。
画像生成装置２は、観察者Ｖに提供する立体画像の基礎となるデータを生成するために、データ蓄積部８と、画像分類部９とを含んでいる。
データ蓄積部８は、表示対象となる複数のオブジェクトの形状を示すデータと、オブジェクト毎に予め定められている奥行き値（観察者Ｖからの距離）とを格納する。
画像分類部９は、データ蓄積部８内のデータを、観察者Ｖの位置から起算して互いに異なる距離の範囲に属するオブジェクト毎の部分データに分類する。その後、画像分類部９は好ましくは、分類した部分データを、距離範囲の近いオブジェクトを表すものから順番に、予め定められた時間ｔ毎に送出する。ここで、時間ｔは、観察者Ｖの網膜に残像を残すために、極めて短い時間に選ばれる。なお、分類した部分データの送出順は、上述のものに限らず、他の順番でも構わない。
本立体画像表示システム１において、距離範囲の数は、任意に選ぶことができるが、本実施形態では好ましい例として２ｎ個（ｎは正の整数）として説明する。また、本実施形態では、例示的にｎ＝２の場合について説明する。この例示の下では、距離範囲の数は４となる。以降、観察者Ｖから最も近い距離の範囲を近距離レンジと称し、最も遠い距離の範囲を遠距離レンジと称する。また、近距離レンジ及び遠距離レンジの間で、近距離レンジ寄りの距離の範囲を第１の中間距離レンジと称し、遠距離レンジ寄りのものを第２の中間距離レンジと称する。このような例示の下では、画像分類部９は、近距離レンジに属するオブジェクトＡを表す部分データＤａと、第１の中間距離レンジに属するオブジェクトＢを表す部分データＤｂと、第２の中間距離レンジに属するオブジェクトＣを表す部分データＤｃと、遠距離レンジに属するオブジェクトＤを表す部分データＤｄに分類して、ある基準時刻ｔ０に部分データＤａを、時間（ｔ０＋ｔ）に部分データＤｂを、時間（ｔ０＋２×ｔ）に部分データＤｃを、さらに、時間（ｔ０＋３×ｔ）に部分データＤｄを送出する。
表示装置３は、画像生成装置２により送出された順番で各部分データを処理して、それぞれが表すオブジェクトを自身の表示画面上に表示する。なお、表示画面の中心に対する法線が縦中心面Ｐｖに含まれるように、表示装置３は、画像生成装置２の後段に配置される。以上のような処理により、表示装置３は、概ね時間ｔ毎に、画像分類部９で分類された各オブジェクトを表す光Ｌを順次的に発する。
上述の例示の下では、表示装置３は、概ね基準時間ｔ０にオブジェクトＡを表す光Ｌａを、概ね時間（ｔ０＋ｔ）にオブジェクトＢを表す光Ｌｂを、概ね時間（ｔ０＋２×ｔ）にオブジェクトＣを表す光Ｌｃを、さらに、概ね時間（ｔ０＋３×ｔ）にオブジェクトＤを表す光Ｌｄを発する。
遠焦点化装置４は、表示装置３の出射光Ｌに含まれる各オブジェクトに立体感（遠近感）を与えて、これらオブジェクトを観察者Ｖが立体的に視認可能な立体画像光Ｌｔを生成する。このような処理のために、遠焦点化装置４は、光路分岐回路１０と、遠焦点化部１１と、光路選択回路１２とを含む。
光路分岐回路１０は、表示装置３の出射光Ｌを、オブジェクト毎の部分光に分岐する。この光分岐のために、光路分岐回路１０は、（２ｎ−１）個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）１３と、所定個数の反射部材１４とを含む。
ここで、図２Ａ−図２Ｃは、図１に示すＤＭＤ１３の詳細な動作を示す模式図であり、また、図２Ｄ及び図２Ｅは、ＤＭＤ１３による光の反射を示す模式図である。
図２Ａ−図２Ｃにおいて、ＤＭＤ１３は、それぞれがフラットな鏡面を持つ複数のマイクロミラー２２を有している。ＤＭＤ１３が初期状態の時、図２Ａに示すように、全てのマイクロミラー２２は、傾斜せずに、実質的に同一平面（以下、基準面と称する）ＰＲ内に含まれる。また、外部からＤＭＤ１３に第１の駆動電圧が与えられると、全てのマイクロミラー２２は、図２Ｂに示すように、上記基準面ＰＲに対して、反時計回りに所定角度θ（例えば＋１０°）だけ傾く。また、第２の駆動電圧が与えられると、全てのマイクロミラー２２は、図２Ｃに示すように、上記基準面ＰＲに対して時計回りに所定角度−θ（例えば−１０°）だけ傾く。なお、ＤＭＤ１３は、他の角度（例えば、＋１２°及び−１２°の組み合わせ）にも傾くマイクロミラー２２を有するものもある。
したがって、図２Ｂに示す状態で、基準面ＰＲに対する法線Ｌｖの方向から光が各マイクロミラー２２に入射されると、つまり、図２Ｄに示す矢印ＩＮから光が入射されると、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖに対して左側２０°（２×θ°）の方向（矢印ＯＵＴ１で示す方向）に、入射光を反射する。逆に、図２Ｃに示す状態であれば、同方向からの入射光を、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖに対して右側２０°（２×（−θ）°）の方向（矢印ＯＵＴ２で示す方向）に反射する。
また、図２Ｂに示す状態で、法線Ｌｖに対して左側２０°（つまり、２×θ）の方向から光が各マイクロミラー２２に入射されると、つまり、図２Ｅに示す矢印ＩＮ１の方向から光が入射されると、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖの方向、つまり図２Ｅに示す矢印ＯＵＴの方向に入射光を反射する。逆に、図２Ｃに示す状態の場合、法線Ｌｖに対して右側２０°（つまり、２×（−θ）°）の方向（図２Ｅの矢印ＩＮ２を参照）からの入射光を、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖ（矢印ＯＵＴを参照）の方向へ反射する。
なお、以降の説明では、全マイクロミラー２２を＋１０°傾けること（つまり、図２Ｂに示す状態）を、「ＯＮする」と記載し、全マイクロミラー２２を−１０°傾けること（つまり、図２Ｃに示す状態）を、「ＯＦＦする」と記載する。
再度図１を参照する。上述のように、光路分岐回路１０には、（２ｎ−１）個のＤＭＤ１３が備わる。また、本実施形態ではｎは２であるから、光路分岐回路１０は、画像表示装置３の出射光Ｌを、オブジェクトＡを表す部分光Ｌａと、オブジェクトＢを表す部分光Ｌｂと、オブジェクトＣを表す部分光Ｌｃ及びオブジェクトＤを表す部分光Ｌｄの４つに分岐することになり、ＤＭＤ１３として、３個のＤＭＤ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが少なくとも必要となる。
ＤＭＤ１３ａは、自身の法線Ｌｖが出射光Ｌの軸と実質的に一致する位置に配置される。この位置で、ＤＭＤ１３ａは、後述のようなマイクロミラー２２の制御により、表示装置３からの出射光Ｌを、上述のような２方向に反射して（図２Ｄを参照）、オブジェクトＡ及びＣを表す中間光Ｌｉｂと、オブジェクトＢ及びＤを表す中間光Ｌｉｃに分岐する。
また、ＤＭＤ１３ｂは、自身の法線Ｌｖが、ＤＭＤ１３ａの法線Ｌｖに対して左２０°の方向に一致する位置に配置される。このような配置により、ＤＭＤ１３ｂには、上述の中間光Ｌｉｂが入射され、ＤＭＤ１３ｂは、後述のようなマイクロミラー２２の制御により、入射中間光Ｌｉｂを２方向に反射して、オブジェクトＡを表す部分光Ｌａと、オブジェクトＣを表す部分光Ｌｃとに２分岐する。これら反射光のうち、部分光Ｌａ及びＬｃの一方は縦中心面Ｐｖに平行であるが、他方は、縦中心面Ｐｖに対して（４×θ）°で交わる。なお、図１には、部分光Ｌｃが縦中心面Ｐｖに平行な場合が示されている。
ＤＭＤ１３ｃは、縦中心面Ｐｖを基準として、ＤＭＤ１３ｂと対称な位置に配置される。このような配置により、ＤＭＤ１３ｃには、上述の中間光Ｌｉｃが入射される。ＤＭＤ１３ｃは、入射中間光Ｌｉｃを２方向に反射して、オブジェクトＢを表す部分光Ｌｂと、オブジェクトＤを表す部分光Ｌｄとに分岐する。これら反射光のうち、部分光Ｌｂ及びＬｄの一方は縦中心面Ｐｖに平行であるが、他方は、縦中心面Ｐｖに対して（４×θ）°で交わる。なお、図１には、部分光Ｌｃが縦中心面Ｐｖに平行な場合が示されている。
また、各反射部材１４は、自身への入射光を、縦中心面Ｐｖに平行な方向に反射する部材であって、好ましくは、全反射ミラーである。本実施形態では、上述のように、部分光Ｌａ及びＬｄは縦中心面Ｐｖに平行でないので、２個の反射部材１４ａ及び１４ｂが備わる。
反射部材１４ａは、ＤＭＤ１３ｂで生成された部分光Ｌａを反射して、縦中心面Ｐｖに平行にする。
反射部材１４ｂは、縦中心面Ｐｖを基準として、反射部材１４ａと対称な位置に配置され、ＤＭＤ１３ｃで生成された部分光Ｌｄを反射して、縦中心面Ｐｖに平行な方向にする。
以上のような構成により、光路分岐回路１０は、表示装置３により発せられた光Ｌを、それぞれが縦中心面Ｐｖに平行な４つの部分光Ｌａ−Ｌｄに分岐し出射する。
遠焦点化部１１は、光路分岐回路１０から出射された部分光Ｌａ−Ｌｄが表すオブジェクトの虚像の位置を調整する。このような処理のために、遠焦点化部１１は、互いに焦点距離の異なる凸レンズ１５を、２ｎ個又は（２ｎ−１）個含む。本実施形態では、例示的に、２ｎ個の凸レンズ１５が備わる場合について説明する。各凸レンズ１５は、互いに重複しない部分光に割り当てられており、自身の光軸が、対象となる部分光の軸に一致する位置に配置される。また、各凸レンズ１５は、横中心面Ｐｈに沿うように配列される。また、複数の凸レンズ１５において焦点距離が短いものほど、観察者Ｖから遠い距離範囲に表示されるオブジェクトを表す光に割り当てられる。以上のような凸レンズ１５はそれぞれ、光路分岐回路１０から出射された部分光を屈折する
ここで、本実施形態では、ｎ＝２の場合について説明しているので、４個の凸レンズ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄが備わる。凸レンズ１５ａは、焦点距離が最も長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌａを屈折する。また、凸レンズ１５ｂは、２番目に焦点距離が長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｂを屈折する。また、凸レンズ１５ｃは、３番目に焦点距離が長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｃを屈折する。また、凸レンズ１５ｄは、最も焦点距離が短いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｄを屈折する。
なお、上述のように、凸レンズ１５の総数は（２ｎ−１）個でもよい。例えば、３個の場合には、距離範囲が最も観察者Ｖに近いオブジェクトＡを表す部分光Ｌａには凸レンズ１５は割り当てられない。
光路選択回路１２は、遠焦点化部１１により処理された全ての部分光を受け取り、距離範囲が近いものから、距離範囲が遠いものへと順番に、極めて短い一定の時間毎に光を１つずつ選択する。光路選択回路４はこのような選択処理を繰り返す。また、光路選択回路４は、以上のようにして選択した光をレンズ５に向けて順次出射する。このように出射された光は、それぞれの虚像の位置が互いに異なるオブジェクトを表す立体画像光Ｌｔである。
上述のような処理のために、光路選択回路１２は、所定個数の反射部材１６と、（２ｎ−１）個のＤＭＤ１７とを含む。各反射部材１６及び各ＤＭＤ１７は、各反射部材１４及び各ＤＭＤ１３と同様の形状を有しており、横中心面Ｐｈを基準として、各反射部材１４及び各ＤＭＤ１３と対称な位置に配置される。
凸レンズ５は、ＤＭＤ１３及び１７の大きさ（具体的には、対角線の長さ）が数インチと小さいことから、適度な大きさの立体画像を観察者Ｖが観察できるように、遠焦点化装置４から出射された立体画像光Ｌｔを屈折させ、これによって、遠焦点化装置４の出射光Ｌｔが表す各画像を拡大する。
反射部材６は、典型的には全反射ミラー又はハーフミラーであり、凸レンズ５により屈折された光を観察者Ｖの方向に反射させる。ここで、反射部材６がハーフミラーの場合、反射部材６の背後の光が観察者Ｖの方向に透過するため、観察者Ｖは、反射部材６の背後の情景に、反射部材６の反射光Ｌｔが表す立体画像が重畳された像を視認することができる。
次に以上のような構成の立体画像表示システム１の具体的な動作例について説明する。今説明の便宜上、データ蓄積部８内のデータは、図３に示すような複数のオブジェクト（三角形）Ａ、オブジェクト（長方形）Ｂ、オブジェクト（正方形）Ｃ及びオブジェクト（丸）Ｄを表すと仮定する。さらに、オブジェクトＤには遠距離レンジに属する奥行き値が、オブジェクトＣには第２の中間距離レンジに属する奥行き値が、オブジェクトＢには第１の中間距離レンジに属する奥行き値が、さらに、オブジェクトＡには近距離レンジに属する奥行き値が割り当てられていると仮定する。
画像分類部９は、前述からも明らかなように、データ蓄積部８内のデータから、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄを作成し、その後、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄを、前述の順番通りに表示装置３に送る。
表示装置３は、前述からも明らかな通り、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄのそれぞれを受け取る度に、それぞれが表すオブジェクトＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを自身の表示画面に表示する。これによって生成された光Ｌは、光路分岐回路１０のＤＭＤ１３ａに向けて出射される。
光路分岐回路１０において、ＤＭＤ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは、図示しない制御部からの駆動電圧に従って、それぞれのマイクロミラー２２の傾きを変更する。図４は、各ＤＭＤ１３ａ−１３ｃにおけるマイクロミラー２２の傾きを時間軸上で示すタイミングチャートである。図４において、「ＯＮ」とは、対象となるＤＭＤ１３の全マイクロミラー２２をＯＮすることを意味し、「ＯＦＦ」とは、そのＤＭＤ１３の全マイクロミラー２２をＯＦＦすることを意味する。また、「ＤＣ」とは、「Ｄｏｎ’ｔ Ｃａｒｅ」、つまり、「ＯＮ」でも「ＯＦＦ」でもどちらでもいいことを意味する。
まず、最初の時間区間ｔ１において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＡを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ１に入射されるもののみを抜き出して、部分光Ｌａを生成し、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ａに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＮにして、入射多重光ＬをＤＭＤ１３ｂの方向へと反射し、これによって、中間光Ｌｉｂを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｂもまた、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＮにして、ＤＭＤ１３ａで生成された中間光Ｌｉｂを、反射部材１４ａの方向に反射し、これによって、部分光Ｌａを生成する。反射部材１４ａは、ＤＭＤ１３ｂで生成された部分光Ｌａを反射して、部分光Ｌａを凸レンズ１５ａに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｃはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ２において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＢを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ２に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｂを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｂに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射多重光ＬをＤＭＤ１３ｃの方向へと反射し、これによって、中間光Ｌｉｃを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｃは、自身の全マイクロミラー２２をＯＮにして、ＤＭＤ１３ａで生成された中間光Ｌｉｃを反射することにより、部分光Ｌｂを抜き出し、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｂに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ３において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＣを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ３に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｃを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｃに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、時間区間ｔ１の場合と同様にして、中間光Ｌｉｂを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｂは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される中間光Ｌｉｂを反射することにより、部分光Ｌｃを抜き出して、凸レンズ１５ｃに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｃはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ４において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＤを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ４に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｄを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｄに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、時間区間ｔ２の場合と同様にして、中間光Ｌｉｃを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｃは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される中間光Ｌｉｃを反射することにより、部分光Ｌｄを抜き出し、凸レンズ１５ｄに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定される。
以上のような時間区間ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４は互いに実質的に同じ時間ｔであり、極めて短い時間である。これら時間区間ｔ１からｔ４までを単位周期として、光路分岐回路１０は、上述のような処理を周期的に繰り返す。
また、遠焦点化部１１において、凸レンズ１５ａは、時間区間ｔ１に入射される部分光Ｌａを屈折する。このような屈折により、部分光Ｌａが表すオブジェクトＡの虚像の位置が近距離レンジに設定される。また、このような部分光Ｌａは、光路選択回路１２の反射部材１６ａに入射される。
また、凸レンズ１５ｂは、時間区間ｔ２に入射される部分光Ｌｂを屈折する。これによって、部分光Ｌｂが表すオブジェクトＢの虚像の位置が第１の中間距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｂは、光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｃに入射される。
また、凸レンズ１５ｃは、時間区間ｔ３に入射される部分光Ｌｃを屈折する。これによって、部分光Ｌｃが表すオブジェクトＣの虚像の位置が第２の中間距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｃは、光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｂに入射される。
また、凸レンズ１５ｄは、時間区間ｔ４に入射される部分光Ｌｄを屈折する。これによって、部分光Ｌｄが表すオブジェクトＤの虚像の位置が遠距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｄは、光路選択回路１２の反射部材１６ｂに入射される。
上述から明らかなように、光路選択回路１２には、部分光Ｌａ−Ｌｄが互いに異なる光路を通じて順次的に入射される。光路選択回路１２は、入射部分光Ｌａ−Ｌｄを時間軸上で多重して、立体画像光Ｌｔを生成する。このような処理のために、光路選択回路１２において、ＤＭＤ１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、図示しない制御部からの駆動電圧に従って、それぞれのマイクロミラー２２の傾きを変更する。図４はさらに、各ＤＭＤ１７ａ−１７ｃにおけるマイクロミラー２２の傾きを時間軸上で示している。
まず、最初の時間区間ｔ１において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌａを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、反射部材１６ａは、入射される部分光Ｌａを反射して、ＤＭＤ１７ｂに与える。この間、ＤＭＤ１７ｂは、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される部分光Ｌａを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。この間、ＤＭＤ１７ａは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される部分光Ｌａを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。また、ＤＭＤ１７ｃは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
また、次の時間区間ｔ２において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｂを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、ＤＭＤ１７ｃは、ＯＦＦの状態になり、入射される部分光Ｌｂを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。また、この間、ＤＭＤ１７ａは、ＯＮの状態になり、入射される部分光Ｌｂを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、ＤＭＤ１７ｂは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
また、次の時間区間ｔ３において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｃを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、ＤＭＤ１７ｂは、ＯＮの状態になり、入射された部分光Ｌｃを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。また、この間、ＤＭＤ１７ａは、ＯＦＦの状態になり、入射される部分光Ｌｃを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、ＤＭＤ１７ｃは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
さらに、次の時間区間ｔ４において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｄを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、まず、反射部材１６ｂは、入射される部分光Ｌｄを全反射して、ＤＭＤ１７ｃに与える。ＤＭＤ１７ｃは、この間、ＯＮの状態に設定され、入射される部分光Ｌｄを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。ＤＭＤ１７ａは、この間、ＯＮの状態に設定され、入射される部分光Ｌｄを反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、時間区間ｔ４では、ＤＭＤ１７ｂは、光選択に関与しないので、ＤＣの状態に設定される。
以上の時間区間ｔ１からｔ４までを単位周期として、光路選択回路１２は、上述のような処理を周期的に繰り返す。これによって、光路選択回路１２は、オブジェクトＡ−Ｄをその順番通りに多重した立体画像光Ｌｔを生成する。このような立体画像光Ｌｔは、レンズ５に向けて出射される。
また、以上のような光路選択回路１２から出射された立体画像光Ｌｔは、レンズ５を通過した後、ミラー６により観察者Ｖの方向に反射される。
ここで、上述から明らかなように、オブジェクトＡには、焦点距離が最も長い凸レンズ１５ａが割り当てられ、オブジェクトＢには、２番目に焦点距離が長い凸レンズ１５ｂが割り当てられ、オブジェクトＣには、３番目に焦点距離が長い凸レンズ１５ｃが割り当てられ、さらに、オブジェクトＤには、最も焦点距離が短い凸レンズ１５ｄが割り当てられる。各凸レンズ１５を以上のように各オブジェクトに割り当てることにより、観察者Ｖは、図５に示すように、立体画像光Ｌｔに含まれるオブジェクトＡがあたかも自身から最も近い仮想スクリーンＳＡ上に表示されているように見える。同様に、オブジェクトＢが次に近い仮想スクリーンＳＢ上に、オブジェクトＣがあたかも３番目に近い仮想スクリーンＳＣ上に虚像として表示されているように、さらに、オブジェクトＤがあたかも最も遠くの仮想スクリーンＳＤ上に虚像として表示されているように観察者Ｖには見える。
また、このような仮想スクリーン上の画像は、図６に示すように、時間区間ｔ毎に切り替わる。具体的には、最初の時間区間ｔ１では、オブジェクトＡの虚像が観察者Ｖにより視認される。次の時間区間ｔ２では、オブジェクトＢの虚像が観察者Ｖにより視認され、オブジェクトＡ（点線参照）は残像として観察者Ｖの網膜に残る。次の時間区間ｔ３では、オブジェクトＣの虚像が観察者Ｖにより視認され、さらに、オブジェクトＡ及びＢの各虚像が残像として残る。また、次の時間区間ｔ４では、オブジェクトＤの虚像が観察者Ｖにより視認され、他のオブジェクトＡ−Ｃの各虚像は残像となる。このような時間区間ｔ１−ｔ４までの画像切り替えが周期的に行われる。
このような４回の画像の切り替えにより、図７に示されるような４つのオブジェクトＡ−Ｄが立体的に重畳された立体画像が観察者Ｖに提供される。なお、図７において格子状の点線及び水平線は、奥行き感を表すために単に示されているだけである。
ここで、図８は、本立体画像表示システム１の技術的効果を示す図である。より具体的には、図８は、本立体画像表示システム１における各仮想スクリーンＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤにおける光量と、従来のハーフミラー方式を採用した立体画像表示システムにおける各ハーフミラー（仮想スクリーン）２３０Ｓ、２３０Ｉ及び２３０Ｉｂ及び全反射ミラー２３０Ｌ（図１９を参照）における光量とを対比した図である。なお、ハーフミラー２３０Ｉｂは図１９に記載されていないが、本技術的効果を説明するために、ハーフミラー２３０Ｉと全反射ミラー２３０Ｌとの間に設置されると仮定したハーフミラーである。また、観察者Ｖからみて、仮想スクリーンＳＡまでの奥行きと、ハーフミラー２３０Ｓまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＢまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＣまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉｂまでの奥行きは同じであり、さらに、仮想スクリーンＳＤまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｌまでの奥行きは同じであると仮定する。さらに、表示装置３の光源としての強さと、全ての表示部２２７の光源としての強さとは互いに等しいと仮定する。また、従来技術との対比を正確に行うため、ミラー６は全反射ミラーとする。
従来の立体画像表示システムにおいて、ハーフミラー２３０Ｓ、２３０Ｉａ及び２３０Ｉｂの透過率をいずれも５０％と仮定すると、全反射ミラー２３０Ｌで反射される表示部２２７Ｌからの光、及び表示部２２７Ｉｂからの光は、ハーフミラー２３０Ｓ、２３０Ｉａ及び２３０Ｉｂを通過するので、表示部２２７Ｌから発せられた光の約１３％（≒０．５３）しか観察者Ｖに届かない。また、表示部２２７Ｉａからの光については２５％、表示部２２７Ｓからの光については５０％しか観察者Ｖに届かない。そのため、観察者Ｖは、表示部２２７Ｌ及び２２７Ｉｂの画像を特に見づらく感じる。
しかしながら、本立体画像表示システム１において、各ＤＭＤ１３及び１７の反射率は約７５％である。本立体画像表示システム１では、表示装置３から発せられた光は、観察者Ｖに届くまで４個のＤＭＤで反射されるので、観察者Ｖには、表示装置３から発せられた光の約３２％（≒０．７５４）の光が届く。つまり、本立体画像表示システム１では、仮想スクリーンの位置によらず、表示装置３から発せられた光の約３２％が観察者Ｖに届くので、本立体画像表示システム１によれば、観察者Ｖは奥行き感にかかわらず均等な明るさの立体画像を視認することが可能となる。
また、仮に、光路分岐回路１０及び光路選択回路１２にさらにＤＭＤを追加して、表示装置３から発せられた光の反射回数を６にしたとしても、つまり、距離範囲の数を８にしても、表示装置３から発せられた光の約１８％（≒０．７５６）は観察者Ｖに届く。
一方、従来の立体画像表示システムで、距離範囲の数を８にしようとすると、少なくとも７個のハーフミラー２３０が必要となる。このような場合、最も遠い仮想スクリーンに表示される画像の光量は元々の約０．８％にまで減衰してしまい、観察者Ｖはこの画像をほぼ視認できない。
以上の説明から明らかなように、本立体画像表示システム１によれば、上述のようなＤＭＤを使うことにより、表示装置３から発せられた光を少ない減衰量で観察者Ｖまで届けることができる。それによって、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる。
（第１の変形例）
以上の実施形態では、各ＤＭＤの全マイクロミラー２２は時間区間ｔ１−ｔ４のそれぞれにおいて一斉に同じ方向に傾くよう制御されていた。それゆえ、観察者Ｖには、図７に示すような立体画像、つまり、背景色が黒とならないものが視認される。それに対して、本変形例では、背景が黒の立体画像を提供可能な立体画像表示システム１について説明する。
なお、本変形例に係る立体画像表示システムは、第１の実施形態に係る立体画像表示システム１と比較すると、ＤＭＤ１３及び１７に含まれるマイクロミラー２２の傾き制御だけが相違する。それ故、本変形例において、第１の実施形態に係る立体画像表示システム１に相当する構成には同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
以下、ＤＭＤ１３内のマイクロミラー２２の傾き制御について説明する。ＤＭＤ１３は基本的には、図４を参照して説明した通りに「ＯＮ」、「ＯＦＦ」及び「ＤＣ」のいずれかの状態をとる。ただし、各ＤＭＤ１３において、図４に示す通りに「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」されるマイクロミラー２２は、各時間区間ｔ１−ｔ４で表示されるオブジェクトの外形線内を表す光を反射するものだけである。つまり、各ＤＭＤ１３において、各時間区間ｔ１−ｔ４で表示されるオブジェクトの外形線外を表す光を反射するマイクロミラー２２は、上述とは逆に「ＯＦＦ」及び「ＯＮ」の状態をとる。
例えば、時間区間ｔ２においては、オブジェクトＢの画像を表す光がＤＭＤ１３ａで反射される。ここで、図９は、この時のＤＭＤ１３ａを上から見たときの図である。図９において、微小な格子はそれぞれマイクロミラー２２を表している。なお、図示の都合上、「２２」という参照符号は、１個の格子にのみ付されている。また、実際のＤＭＤには数十万個のマイクロミラーが存在するが、図９は、説明の都合上、縦３０個×横４０個の合計１２００個のマイクロミラー２２を示している。以上のようなマイクロミラー２２において、時間区間ｔ２の間に「ＯＦＦ」となるのは、図９に示すように、オブジェクトＢの外形線内の画素を担当するものだけである。
これによって、図１０Ａに示すように、入射光Ｌのうち、オブジェクトＢの外形線内を表すものはＤＭＤ１３ｃの方向に中間光Ｌｉｃとして反射される。逆に、時間区間ｔ２では、ＤＭＤ１３ａにおいて、オブジェクトＢの外形線外の画素を担当するマイクロミラー２２は、「ＯＮ」に設定される。このように設定されたマイクロミラー２２がＤＭＤ１３ｃの方向へと光を反射するには、図１０Ａに示すように、法線Ｌｖの方向に対して左４０°の方向（矢印αを参照）からの入射光がなければならない。しかしながら、このような方向にはＤＭＤ１３はおろか、何らの光源も無い。従って、部分光Ｌｂにおいて、オブジェクトＢの外形線外に相当する部分は黒く表示されるようになる。
また、図１０Ａに示すＤＭＤ１３ａにおいて、ＯＮになっているマイクロミラー２２は、入射光ＬをＤＭＤ１３ｂの方向に反射可能である。時間区間ｔ２において、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定されるので、この間にＤＭＤ１３ａの方向から入射される光は、凸レンズ１５ａ又は１５ｃを通って光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｂに送られる。しかし、時間区間ｔ２において、ＤＭＤ１７ｂはＤＣに設定され、ＤＭＤ１７ａはＯＮに設定される。したがって、図１０Ｂに示すように、たとえＤＭＤ１７ｂの方向（矢印βを参照）からの光がＤＭＤ１７ａに入射されても、ＤＭＤ１７ａは、このような入射光をレンズ５の方向へは反射しない。
以上のような制御により、時間区間ｔ２において、レンズ５には、ＤＭＤ１３ａ→ＤＭＤ１３ｃ→凸レンズ１５ｂ→ＤＭＤ１７ｃ→ＤＭＤ１７ａという光路を辿ってきた光のみが入射される。それ故、時間区間ｔ２の間、ＤＭＤ１３ａにおいて、ＯＮになっているマイクロミラー２２を反射した光は観察者Ｖには届かず、その結果、観察者Ｖは、オブジェクトＢ以外のエリアが黒い立体画像を視認することができる。
ところで、例えばオブジェクトＢは、観察者ＶにとってオブジェクトＡよりも奥に位置するように視認される。もし、オブジェクトＢ及びＡが観察者Ｖからみて重なり合う場合、後から表示されるオブジェクトＢにおいて、オブジェクトＡと重なり合う部分を表示させると、オブジェクトＡと重なり合ったオブジェクトＢの一部分が、透き通って見えてしまう。このような不具合を解消するため、図９に示すように、オブジェクトＢにおいて、オブジェクトＡと重なり合う箇所を反射するマイクロミラー２２は「ＯＮ」に設定される。
他の時間区間ｔ１、ｔ３及びｔ４についても同様である。これによって、図１１に示すような各仮想スクリーンＳＡ−ＳＤ上に、背景が黒のオブジェクトＡ−Ｄが表示され、これらオブジェクトＡ−Ｄを含む画像は図１２に示すように時間ｔ毎に切り替えられる。これによって、図１３に示すように、観察者Ｖにとって違和感の無い立体画像を提供することが可能となる。
（第２の変形例）
また、前述の実施形態において、立体画像表示システム１において、遠焦点化装置４は１段であったが、複数段備わっていても構わない。本変形例では、複数の遠焦点化装置４を備える立体画像表示システムの例について説明する。図１４は、立体画像表示システム１０１の全体構成を示す模式図である。図１４において、立体画像表示システム１０１は、前述の立体画像表示システム１と比較すると、遠焦点化装置４の代わりに、直列に光結合された２個の遠焦点化装置４ａ及び４ｂとを備える点で相違する。それ以外に両立体画像表示システム１及び１０１の間に相違点は無い。それ故、図１４において、図１の構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
また、図１５は、図１４に示す遠焦点化装置４ａ及び４ｂの詳細な構成を示す模式図である。図１５において、遠焦点化装置４ａ及び４ｂは、図１に示す遠焦点化装置４と比較すると、遠焦点化部１１の代わりに、遠焦点化部１１ａ及び１１ｂを備える点でそれぞれ相違する。それ以外に遠焦点化装置４と、遠焦点化装置４ａ及び４ｂとの間に相違点は無い。それ故、図１５において、図１に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
遠焦点化部１１ａ及び１１ｂは、凸レンズ１５１及び１５２を、２ｎ個又は（２ｎ−１）個含む。なお、図１５には、前述の実施形態における例と同様に、２ｎ個の凸レンズ１５１及び１５２が遠焦点化部１１ａ及び１１ｂに備わっており、さらに、ｎ＝２の場合について示されている。このような構成の場合、遠焦点化装置４ａの内部には４通りの光路が形成され、遠焦点化装置４ｂの内部にも４通りの光路が形成される。したがって、遠焦点化装置４ａ及び４ｂを直列に光結合することにより、表示装置３からレンズ５の間には、４×４＝１６通りの光路が形成される。ここで、各凸レンズ１５１及び１５２の焦点距離は、全凸レンズ１５１から選ばれた１個と、全凸レンズ１５２から選ばれた１個とを組み合わせたものの焦点距離が互いに異なるように選ばれる。また、このような立体画像表示システム１０１において、前述の実施形態と同様に、ＤＭＤのマイクロミラーの傾きが制御されると、観察者Ｖに対して、１６種類の奥行き感がある立体映像が提供される。
また、本変形例における光量は、ＤＭＤでの反射が８回（４回×２）となるので、表示装置３が発する光の約１０％（＝０．７５８）が観察者Ｖに届く。このような値は、前述の実施形態と比較すると劣るが、従来のハーフミラー重畳方式で１６種類の奥行き感のある立体画像を提供しようとすると、観察者Ｖから近いものから数えて４枚目の仮想スクリーンにおいて、本変形例の光量を下回る約６％になってしまう。また、７枚目の仮想スクリーンでの光量は、表示装置が発する光量の１％であり、最も遠い１６枚目の仮想スクリーンでの光量は、その約０．００３％となってしまう。つまり、従来のハーフミラー重畳方式では、本変形例のような多数の奥行き感を表現することは、現実的に不可能であることが分かる。
（第３の変形例）
なお、以上の実施形態及び各変形例では、レンズ５の光軸上に基準となるＤＭＤ１３ａが配置され、２個のＤＭＤ１３ｂ及び１３ｃが光軸を基準として互いに対称な位置に配置されていた。また、ＤＭＤ１７ａ−１７ｃも同様に配置されていた。しかし、これに限らず、図１６に示すように、立体画像表示システム１又は１０１において、（２ｎ−１）個のＤＭＤ１３又は１７は直列に配置されても構わない。この場合、ＤＭＤ１３又は１７による反射回数が多ければ多いほど、観察者Ｖに届く光量は減衰するが、この場合、遠くに見えるオブジェクトを表す光の光路が長くなるようにＤＭＤ１３又は１７を配置し、近くに見えるオブジェクトを表す光の光路が短くなるように、ＤＭＤ１３又は１７を配置したり、遠くに見えるオブジェクトを表す光の反射回数を多くし、近くに見えるオブジェクトを表す光の反射回数を少なくしたりすることが可能となる。なお、図１６に示す立体画像表示システム１又は１０１についても、前述の実施形態と同様に、従来の立体画像表示システムとの光量比を図１７に示す。
なお、以上の説明において、各遠焦点化部は、凸レンズから構成されるとして説明したが、これに限らず、凹レンズ、凸面鏡又は凹面鏡若しくはこれらを組み合わせたり、レンズの特性を持ったＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）を用いたりして実現することも可能である。
なお、以上の実施形態では、データ蓄積部８には、各オブジェクトの奥行き値が格納されるとして説明したが、これに限らず、データ蓄積部８は、各オブジェクトに予め割り当てられる距離範囲を格納してもよい。
また、以上の説明では、反射部材６としてハーフミラーを備える例も説明したが、反射部材６に代えて、ハーフミラーの特性を持ったＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）を備えていても構わない。
また、以上の第１の変形例では、マイクロミラー２２の傾きの制御により、複数のオブジェクトにおいて重なり合う部分の画像を観察者Ｖに見せないようにしていた。しかし、これに限らず、表示装置３自体が、一番観察者Ｖ寄りのものを除く全オブジェクトにおいて互いに重なり合う部分を表示しないようにしても構わない。
また、反射部材６がハーフミラーの場合には、観察者Ｖは、実風景に立体画像が重畳された像を観ることになる。この場合、表示装置３は、実風景よりも遠くに表示されるべき部分の映像光を出力しないようにしても構わない。他にも、表示装置３は、オブジェクト同士間の重なり、又はオブジェクトと実風景との重なりにかかわらず、与えられたデータに従って完全な画像を表す光を発するようにしても構わない。
また、以上の実施形態又は各変形例において、反射部材６が無い構成を採用しても構わない。この場合、観察者Ｖは、レンズ５を直視することで、立体画像を視認することになる。
以上、本発明を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる意味において例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲から逸脱することなしに多くの他の改変例及び変形例が可能であることが理解される。
本発明に係る立体画像表示システムは、観察者がより見やすい立体画像を提供することが要求される様々な表示装置等、例えば、ヘッドアップディスプレイ、自動車シミュレータ、フライトシミュレータ、ゲーム機、テーマパーク又は遊園地で立体画像を提供可能なアトラクションに適用できる。
本発明は、立体画像表示システムに関し、より特定的には、奥行き感、言い換えれば立体感を持つ画像を表示する立体画像表示システムに関する。
図１８は、上記のような立体画像表示システムにおいて、パララックスバリア方式を採用したものの一例の全体構成を示す模式図である。図１８において、立体画像表示システムは大略的に、画像生成装置２０１と、画像表示装置２０２とを備える。画像生成装置２０１は、データ蓄積部２０３と、左右画像生成部２０４と、画像合成部２０５とを含む。また、画像表示装置２０２は、表示画面２０６と、格子状のスリット（アパーチャ）が形成されたパララックスバリア板２０７とを含む。
データ蓄積部２０３は、表示対象となるオブジェクトＡの形状を示すデータを格納する。
左右画像生成部２０４は、予め定められた観察位置から、オブジェクトＡを観察者Ｖの左右それぞれの眼で見た時の視差を算出する。左右画像生成部２０４は、算出された視差に基づいて、オブジェクトＡについて、左眼用の画像ＩＬ及び右眼用の画像ＩＲを生成する。
画像合成部２０４は、左右画像生成部２０４で生成された２つの画像ＩＬ及びＩＲのそれぞれを微細な短冊状に分割する。これによって、画像合成部２０４は、左眼用の部分画像ＰＩＬをいくつか生成し、また、右眼用の部分画像ＰＩＲをいくつか生成する。なお、図１８には代表的に、左眼用について１つの部分画像から線を引き出して、「ＰＩＬ」という参照符号を付けている。同様に、右眼用についても、１つの部分画像に「ＰＩＲ」という参照符号を与えている。画像合成部２０４はさらに、全ての部分画像ＰＩＬ及びＰＩＲから、部分画像ＰＩＬ又はＰＩＲを１つずつ交互に選択してつなぎ合わせる。これによって、画像合成部２０４は、合成画像ＳＩを生成し、画像表示装置２０２に出力する。
画像表示装置２０２は、自身が備える表示画面２０６に、入力された合成画像ＳＩを表示する。
観察者Ｖは、前述の観察位置から、パララックスバリア板２０７を介して、表示画面２０６に表示された合成画像ＳＩを両眼で観察する。この時、観察者Ｖの左眼には、合成画像ＳＩにおいて、部分画像ＰＩＬは届くが、部分画像ＰＩＲは、パララックスバリア板２０７によって遮断されるため、観察者Ｖの左眼には届かない。逆に、観察者Ｖの右眼には、部分画像ＰＩＲのみが届き、部分画像ＰＩＬは届かない。これによって、両眼視差が発生し、観察者Ｖは、オブジェクトＡを立体的に、つまり立体像を視認する。
ところで、実空間において、人間の眼の焦点及び輻輳角の調節は連動している。しかしながら、上述の立体画像表示システムで提供される立体像は、固定的に設置された表示画面２０６に表示されるので、眼の焦点調節は、観察位置から表示画面２０６までの距離を変えることで行われる。それに対して、両眼の輻輳角は、観察者Ｖから立体像までの仮想的な距離（奥行き）に基づいて調節される。したがって、立体像を観察者Ｖが目視する場合、観察者Ｖが調節した焦点距離と、輻輳角を調節するための仮想的な距離とは対応しない。つまり、本来連動すべき焦点調節と輻輳角の調節とにずれが生じるため、観察者Ｖは、立体像を目視した時、違和感を覚えたり、それを長時間目視する場合には疲労を感じたりするという問題があった。
以上の問題を解決するために、ハーフミラー重畳方式を採用した立体画像表示システム（以下、従来の立体画像表示システムと称する）が提案されている（例えば、特開平１０−３３３０９３号公報を参照）。ここで、図１９は、従来の立体画像表示システムの全体構成を示す模式図である。図１９において、立体画像表示システムは、画像生成装置２１０と、画像表示装置２１１と、光学系２１２とを備えている。
画像生成装置２１０は、データ蓄積部２２２と、画像分割部２２３と、左右画像生成部２２４と、画像合成部２２５とを含む。
データ蓄積部２２２は、表示対象となる複数のオブジェクト（図示は、オブジェクトＰ，Ｑ及びＲ）の形状を示すデータを格納する。
画像分割部２２３は、データ蓄積部２２２内のデータを、観察者Ｖの位置から起算して互いに異なる距離の範囲に含まれるオブジェクト毎のデータに分割する。
なお、説明の便宜上、本説明では、オブジェクトＰが、観察者Ｖから最も遠い距離の範囲（以下、長距離レンジと称する）に属し、オブジェクトＲは、観察者Ｖから最も近い距離の範囲（以下、近距離レンジと称する）に属し、オブジェクトＱは、長距離レンジ及び近距離レンジの中間に属する距離の範囲（以下、中距離レンジと称する）に属すると仮定する。このような仮定下では、オブジェクトＰの形状を示す部分データと、オブジェクトＱの形状を示す部分データと、オブジェクトＲの形状を示す部分データとが生成される。
左右画像生成部２２４は、画像分割部２２３で分割されたオブジェクトを表す各画像を、予め定められた観察位置から観察者の左右それぞれの眼で見た時の視差を算出する。左右画像生成部２２４は、算出した視差に基づいて、各オブジェクトについて左眼用の画像ＩＬと、右眼用の画像ＩＲとを生成する。
上述の仮定下では、左右画像生成部２２４では、オブジェクトＰについて、左眼用の画像ＩＬｐ及び右眼用の画像ＩＲｐが生成され、オブジェクトＱについて、左眼用の画像ＩＬｑ及び右眼用の画像ＩＲｑが生成され、さらに、オブジェクトＲについて、左眼用の画像ＩＬｒ及び右眼用の画像ＩＲｒが生成される。
画像合成部２２５は、左右画像生成部２２４で生成された２枚１対の画像ＩＬ及びＩＲのそれぞれを微細な短冊状に分割して、左眼用の部分画像ＰＩＬをいくつか生成し、右眼用の部分画像ＰＩＲをいくつか生成する。画像合成部２２４はさらに、１セットの部分画像ＰＩＬ及びＰＩＲから、部分画像ＰＩＬ又はＰＩＲを１つずつ交互に選択してつなぎ合わせる。このようにして、画像合成部２２４は、オブジェクト毎に合成画像ＳＩを生成し、表示装置２１１に出力する。
上述の仮定下では、オブジェクトＰについて、左眼用の画像ＩＬｐ及び右眼用の画像ＩＲｐから、左眼用の部分画像ＰＩＬｐ及び右眼用の部分画像ＰＩＲｐが生成され、その後、合成画像ＳＩｐが生成される。同様に、オブジェクトＱ及びＲについても、合成画像ＳＩｑ及びＳＩｒが生成される。
表示装置２１１は、各距離範囲に割り当てられる表示部２２７及びパララックスバリア板２２８の組みを含む。各表示部２２７は、画像合成部２２５で生成される合成画像ＳＩのうち、自身が割り当てられた距離範囲用のものを受け取り、受け取ったものを表示する。各表示部２２７は、合成画像ＳＩを表す光を、同じ組のパララックスバリア板２２８に向けて発する。各パララックスバリア板２２８には格子状のスリットが形成されており、各パララックスバリア板２２８は、それぞれに対して前置された表示部２２７から発せられた光を通過させる。
なお、上述の仮定下では、表示装置２１１は、遠距離用として表示部２２７Ｌ及びパララックスバリア板２２８Ｌの組と、中距離用として表示部２２７Ｉ及びパララックスバリア板２２８Ｉの組と、近距離用として表示部２２７Ｓ及びパララックスバリア板２２８Ｓの組とを含む。
光学系２１２は、上述の距離範囲毎に割り当てられた複数のミラー２３０を含む。各ミラー２３０のうち、観察者Ｖからみて最も遠くに配置されるものは全反射ミラーでよく、その他のミラー２３０はハーフミラーである。また、各ミラー２３０に、前置されたパララックスバリア板２２８を通過した光が入射されると、入射光は反射する。ここで、各ミラー２３０の反射方向は、観察者Ｖの視線と概ね一致するように予め配置される。また、上述のように、観察者Ｖからみて最も遠くに配置されるミラー２３０以外はハーフミラーであるため、各ミラー２３０で反射された光束は合成される。
先に述べた３種の距離レンジが規定されるという仮定下では、遠距離用の全反射ミラー２３０Ｌと、中距離用及び近距離用の２個のハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓが配置される。全反射ミラー２３０Ｌは、パララックスバリア板２２８Ｌを通過した光を、中距離用のハーフミラー２３０Ｉに向けて反射する。また、ハーフミラー２３０Ｉは、全反射ミラー２３０Ｌにより反射された光を概ね半分だけ透過するとともに、パララックスバリア板２２８Ｉを通過した光の一部を反射する。これによって、双方の光は合成される。また、近距離用のハーフミラー２３０Ｓは、ハーフミラー２３０Ｉで合成された光を概ね半分だけ透過し、パララックスバリア板２２８Ｉを通過した光を概ね半分だけ反射する。
これによって、観察者Ｖは、予め定められた観察位置から光学系２１２を両眼で観察すると、観察者Ｖの左眼には、各部分画像ＰＩＬのみが届き、その右眼には各部分画像ＰＩＲのみが届く。さらに、観察者Ｖは、各ミラー２３０の位置を仮想スクリーンとして、各オブジェクトを視認することになるので、実際の奥行き感を保ちながら、両眼視差により立体像を認識することが可能となる。その結果、パララックスバリア方式を採用した立体画像表示システムに比べて、従来の立体画像表示システムは、観察者Ｖの両眼で焦点が調節された距離と、両眼の輻輳角のずれは小さくなるので、観察者の違和感及び／又は疲労を減少させることができる。
特開平１０−３３３０９３号公報
しかしながら、従来の立体画像表示システムでは、直列に配置されたハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓを使って、画像を表す光束を合成するため、観察者Ｖから遠くで反射されるほど、画像の光量が落ちてしまい、観察者Ｖには見えにくくなるという問題点がある。具体的には、図２０に示すように、ハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓの特性は、入射光量に対する反射光量及び透過光量に比率は概ね半分になる。したがって、従来の立体画像表示システムのように、２枚のハーフミラー２３０Ｉ及び２３０Ｓを透過する全反射ミラー２３０Ｌで反射された光は、ハーフミラー２３０Ｓを透過した後、元々の２の２乗分の１（つまり２５％）に減衰される。同様に、ｎ枚のハーフミラー２３０を通した光（画像）は、２のｎ乗分の１に減衰してしまう。以上のことから、ハーフミラー２３０の設置数を多くし、多くの距離感を持つ仮想スクリーンを設置すれば、滑らかな距離感を持つ画像を観察者Ｖに提供することが可能になるが、上述のようにハーフミラー２３０の設置数に応じて光量も減少するので、従来の立体画像表示システムにハーフミラーを多く設置することは適切ではない。
また、従来の立体画像表示システムにハーフミラーを多く設置しつつ、光量減少に対処するために、各表示部２２７から発せられる光量を大きくすることも可能である。しかし、各表示部２２７が大きくなったり、表示部２２７の発熱を抑えるための冷却装置が必要になったりする。その結果、消費電力の増加し、システム自体の肥大化し、若しくはシステムの製造コスト又は維持コストが増大してしまう。
また、従来の立体画像表示システムには、パララックスバリア方式を採用することから観察者Ｖの観測位置が限られたり、パララックスバリア板２２８の存在そのもののため画像を観察しづらかったりするという他の問題もある。
それ故に、本発明の目的は、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる立体画像表示システムを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、立体画像表示システムに向けられている。立体画像表示システムは、複数のオブジェクトのそれぞれを表すデータを、立体画像の奥行き方向に沿う距離の範囲毎に分類して順次的に出力する画像生成装置と、画像生成装置から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する表示装置と、表示装置から発せられた多重光に含まれる各オブジェクトに立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する１又は複数の遠焦点化装置とを備える。ここで、遠焦点化装置は、内部に含む少なくとも１個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が有するマイクロミラーの傾きを予め定められた時間毎に変更して、表示装置から発せられた多重光から、複数のオブジェクトのいずれかを含む複数の部分光を分離する光路分岐回路と、光路分岐回路により分離された複数の部分光のそれぞれが表すオブジェクトに、互いに異なる立体感又は距離感を与える遠焦点化部と、内部に含む少なくとも１個のＤＭＤが有するマイクロミラーの傾きを、予め定められた時間と実質的に同じ時間毎に変更することで、遠焦点化部から発せられた複数の部分光を、予め定められた時間毎に順番に選択し、選択した光を順次的に出力して立体画像光を生成する光路選択回路とを含む。
遠焦点化部は、光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられかつ互いに異なる焦点距離を持つ光学部品を有する。
光学部品は、凸レンズ、凹レンズ、凸面鏡及び凹面鏡からなるグループから選ばれる１以上である。また、光学部品は例示的には、ホログラフィック光学素子である。
また、好ましくは、立体画像表示システムにおいて、複数の遠焦点化装置が互いに直列に光結合される。
また、具体的には、各遠焦点化部は、光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられる光学部品を有する。ここで、遠焦点化部のそれぞれから１つずつ選ばれた光学部品を組み合わせたものの焦点距離は互いに異なる。
また、好ましくは、立体画像表示システムはさらに、遠焦点化装置から出力された立体画像光を観察者の方向に反射する、少なくとも１個の反射部材とを備える。このように、反射部材が立体画像光を反射することにより、複数のオブジェクトが合成された立体画像が観察者により視認される。
また、好ましくは、反射部材は、光路選択回路からの光の一部を所定方向に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を同方向に向けて透過する。ここで、反射部材は例示的には、ハーフミラー、全反射ミラー及びホログラフィック光学素子のいずれかである。
ＤＭＤは一般的には、複数のマイクロミラーを有する。ここで、好ましくは、所定部分のマイクロミラーの傾きを変更することにより、ＤＭＤは、各表示部から発せられた光の一部分を選択する。ここで、所定部分のマイクロミラーとは例示的には、立体画像光が表す立体画像においてオブジェクトが無い部分を担当するものである。他の例示として、所定部分のマイクロミラーとは、立体画像光が表す立体画像において、複数のオブジェクトが重なり合う部分の遠距離側を担当するものである。
また、反射部材は、光路選択回路からの光の一部を観察者に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を観察者に向けて透過する。この場合において、所定部分のマイクロミラーとは、立体画像光が表す立体映像に含まれるオブジェクトにおいて、反射部材の背後に存在する物体よりも遠距離側に表示される部分を担当するものである。
以上の局面によれば、表示装置は、画像生成装置から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する。このような光に含まれる各オブジェクトに、遠焦点化装置は、立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する。反射部材は、このような多重光を、観察者の方向に反射して、オブジェクトが合成された立体画像を提供する。したがって、観察者は、現在表示されているオブジェクトを視認すると共に、網膜に残る他のオブジェクトの残像も認識する。これらオブジェクトは、奥行き方向に異なる位置に表示される。これによって、観察者に各オブジェクトが立体的に合成された立体画像を提供することが可能となる。
また、本立体画像表示システムは、ＤＭＤを用いているので、光損失が少なくなり、さらには、パララックスバリア板のような光路を遮断する部材を用いなくて済む。これによって、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる立体画像表示システムを実現することが可能となる。
本発明の上記及びその他の目的、特徴、局面及び利点は、以下に述べる本発明の詳細な説明を添付の図面とともに理解したとき、より明らかになる。
（実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システム１の全体構成を示す模式図である。図１において、立体画像表示システム１は、画像生成装置２と、表示装置３と、遠焦点化装置４と、レンズ５と、反射部材６とを備えている。また、説明の便宜のため、図１には、互いに直行する縦中心面Ｐｖ（一点鎖線を参照）と、横中心面Ｐｈ（二点鎖線を参照）とが示されている。なお、縦中心面Ｐｖ及び横中心面Ｐｈは、図面が複雑にならないように、図１において立体画像表示システム１が描かれた部分を貫かないように示されている。
画像生成装置２は、観察者Ｖに提供する立体画像の基礎となるデータを生成するために、データ蓄積部８と、画像分類部９とを含んでいる。
データ蓄積部８は、表示対象となる複数のオブジェクトの形状を示すデータと、オブジェクト毎に予め定められている奥行き値（観察者Ｖからの距離）とを格納する。
画像分類部９は、データ蓄積部８内のデータを、観察者Ｖの位置から起算して互いに異なる距離の範囲に属するオブジェクト毎の部分データに分類する。その後、画像分類部９は好ましくは、分類した部分データを、距離範囲の近いオブジェクトを表すものから順番に、予め定められた時間ｔ毎に送出する。ここで、時間ｔは、観察者Ｖの網膜に残像を残すために、極めて短い時間に選ばれる。なお、分類した部分データの送出順は、上述のものに限らず、他の順番でも構わない。
本立体画像表示システム１において、距離範囲の数は、任意に選ぶことができるが、本実施形態では好ましい例として２n 個（ｎは正の整数）として説明する。また、本実施形態では、例示的にｎ＝２の場合について説明する。この例示の下では、距離範囲の数は４となる。以降、観察者Ｖから最も近い距離の範囲を近距離レンジと称し、最も遠い距離の範囲を遠距離レンジと称する。また、近距離レンジ及び遠距離レンジの間で、近距離レンジ寄りの距離の範囲を第１の中間距離レンジと称し、遠距離レンジ寄りのものを第２の中間距離レンジと称する。このような例示の下では、画像分類部９は、近距離レンジに属するオブジェクトＡを表す部分データＤａと、第１の中間距離レンジに属するオブジェクトＢを表す部分データＤｂと、第２の中間距離レンジに属するオブジェクトＣを表す部分データＤｃと、遠距離レンジに属するオブジェクトＤを表す部分データＤｄに分類して、ある基準時刻ｔ０に部分データＤａを、時間（ｔ０＋ｔ）に部分データＤｂを、時間（ｔ０＋２×ｔ）に部分データＤｃを、さらに、時間（ｔ０＋３×ｔ）に部分データＤｄを送出する。
表示装置３は、画像生成装置２により送出された順番で各部分データを処理して、それぞれが表すオブジェクトを自身の表示画面上に表示する。なお、表示画面の中心に対する法線が縦中心面Ｐｖに含まれるように、表示装置３は、画像生成装置２の後段に配置される。以上のような処理により、表示装置３は、概ね時間ｔ毎に、画像分類部９で分類された各オブジェクトを表す光Ｌを順次的に発する。
上述の例示の下では、表示装置３は、概ね基準時間ｔ０にオブジェクトＡを表す光Ｌａを、概ね時間（ｔ０＋ｔ）にオブジェクトＢを表す光Ｌｂを、概ね時間（ｔ０＋２×ｔ）にオブジェクトＣを表す光Ｌｃを、さらに、概ね時間（ｔ０＋３×ｔ）にオブジェクトＤを表す光Ｌｄを発する。
遠焦点化装置４は、表示装置３の出射光Ｌに含まれる各オブジェクトに立体感（遠近感）を与えて、これらオブジェクトを観察者Ｖが立体的に視認可能な立体画像光Ｌｔを生成する。このような処理のために、遠焦点化装置４は、光路分岐回路１０と、遠焦点化部１１と、光路選択回路１２とを含む。
光路分岐回路１０は、表示装置３の出射光Ｌを、オブジェクト毎の部分光に分岐する。この光分岐のために、光路分岐回路１０は、（２n −１）個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）１３と、所定個数の反射部材１４とを含む。
ここで、図２Ａ−図２Ｃは、図１に示すＤＭＤ１３の詳細な動作を示す模式図であり、また、図２Ｄ及び図２Ｅは、ＤＭＤ１３による光の反射を示す模式図である。
図２Ａ−図２Ｃにおいて、ＤＭＤ１３は、それぞれがフラットな鏡面を持つ複数のマイクロミラー２２を有している。ＤＭＤ１３が初期状態の時、図２Ａに示すように、全てのマイクロミラー２２は、傾斜せずに、実質的に同一平面（以下、基準面と称する）ＰＲ内に含まれる。また、外部からＤＭＤ１３に第１の駆動電圧が与えられると、全てのマイクロミラー２２は、図２Ｂに示すように、上記基準面ＰＲに対して、反時計回りに所定角度θ（例えば＋１０°）だけ傾く。また、第２の駆動電圧が与えられると、全てのマイクロミラー２２は、図２Ｃに示すように、上記基準面ＰＲに対して時計回りに所定角度−θ（例えば−１０°）だけ傾く。なお、ＤＭＤ１３は、他の角度（例えば、＋１２°及び−１２°の組み合わせ）にも傾くマイクロミラー２２を有するものもある。
したがって、図２Ｂに示す状態で、基準面ＰＲに対する法線Ｌｖの方向から光が各マイクロミラー２２に入射されると、つまり、図２Ｄに示す矢印ＩＮから光が入射されると、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖに対して左側２０°（２×θ°）の方向（矢印ＯＵＴ１で示す方向）に、入射光を反射する。逆に、図２Ｃに示す状態であれば、同方向からの入射光を、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖに対して右側２０°（２×（−θ）°）の方向（矢印ＯＵＴ２で示す方向）に反射する。
また、図２Ｂに示す状態で、法線Ｌｖに対して左側２０°（つまり、２×θ）の方向から光が各マイクロミラー２２に入射されると、つまり、図２Ｅに示す矢印ＩＮ１の方向から光が入射されると、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖの方向、つまり図２Ｅに示す矢印ＯＵＴの方向に入射光を反射する。逆に、図２Ｃに示す状態の場合、法線Ｌｖに対して右側２０°（つまり、２×（−θ）°）の方向（図２Ｅの矢印ＩＮ２を参照）からの入射光を、各マイクロミラー２２は、法線Ｌｖ（矢印ＯＵＴを参照）の方向へ反射する。
なお、以降の説明では、全マイクロミラー２２を＋１０°傾けること（つまり、図２Ｂに示す状態）を、「ＯＮする」と記載し、全マイクロミラー２２を−１０°傾けること（つまり、図２Ｃに示す状態）を、「ＯＦＦする」と記載する。
再度図１を参照する。上述のように、光路分岐回路１０には、（２n −１）個のＤＭＤ１３が備わる。また、本実施形態ではｎは２であるから、光路分岐回路１０は、画像表示装置３の出射光Ｌを、オブジェクトＡを表す部分光Ｌａと、オブジェクトＢを表す部分光Ｌｂと、オブジェクトＣを表す部分光Ｌｃ及びオブジェクトＤを表す部分光Ｌｄの４つに分岐することになり、ＤＭＤ１３として、３個のＤＭＤ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが少なくとも必要となる。
ＤＭＤ１３ａは、自身の法線Ｌｖが出射光Ｌの軸と実質的に一致する位置に配置される。この位置で、ＤＭＤ１３ａは、後述のようなマイクロミラー２２の制御により、表示装置３からの出射光Ｌを、上述のような２方向に反射して（図２Ｄを参照）、オブジェクトＡ及びＣを表す中間光Ｌｉｂと、オブジェクトＢ及びＤを表す中間光Ｌｉｃに分岐する。
また、ＤＭＤ１３ｂは、自身の法線Ｌｖが、ＤＭＤ１３ａの法線Ｌｖに対して左２０°の方向に一致する位置に配置される。このような配置により、ＤＭＤ１３ｂには、上述の中間光Ｌｉｂが入射され、ＤＭＤ１３ｂは、後述のようなマイクロミラー２２の制御により、入射中間光Ｌｉｂを２方向に反射して、オブジェクトＡを表す部分光Ｌａと、オブジェクトＣを表す部分光Ｌｃとに２分岐する。これら反射光のうち、部分光Ｌａ及びＬｃの一方は縦中心面Ｐｖに平行であるが、他方は、縦中心面Ｐｖに対して（４×θ）°で交わる。なお、図１には、部分光Ｌｃが縦中心面Ｐｖに平行な場合が示されている。
ＤＭＤ１３ｃは、縦中心面Ｐｖを基準として、ＤＭＤ１３ｂと対称な位置に配置される。このような配置により、ＤＭＤ１３ｃには、上述の中間光Ｌｉｃが入射される。ＤＭＤ１３ｃは、入射中間光Ｌｉｃを２方向に反射して、オブジェクトＢを表す部分光Ｌｂと、オブジェクトＤを表す部分光Ｌｄとに分岐する。これら反射光のうち、部分光Ｌｂ及びＬｄの一方は縦中心面Ｐｖに平行であるが、他方は、縦中心面Ｐｖに対して（４×θ）°で交わる。なお、図１には、部分光Ｌｃが縦中心面Ｐｖに平行な場合が示されている。
また、各反射部材１４は、自身への入射光を、縦中心面Ｐｖに平行な方向に反射する部材であって、好ましくは、全反射ミラーである。本実施形態では、上述のように、部分光Ｌａ及びＬｄは縦中心面Ｐｖに平行でないので、２個の反射部材１４ａ及び１４ｂが備わる。
反射部材１４ａは、ＤＭＤ１３ｂで生成された部分光Ｌａを反射して、縦中心面Ｐｖに平行にする。
反射部材１４ｂは、縦中心面Ｐｖを基準として、反射部材１４ａと対称な位置に配置され、ＤＭＤ１３ｃで生成された部分光Ｌｄを反射して、縦中心面Ｐｖに平行な方向にする。
以上のような構成により、光路分岐回路１０は、表示装置３により発せられた光Ｌを、それぞれが縦中心面Ｐｖに平行な４つの部分光Ｌａ−Ｌｄに分岐し出射する。
遠焦点化部１１は、光路分岐回路１０から出射された部分光Ｌａ−Ｌｄが表すオブジェクトの虚像の位置を調整する。このような処理のために、遠焦点化部１１は、互いに焦点距離の異なる凸レンズ１５を、２n 個又は（２n −１）個含む。本実施形態では、例示的に、２n 個の凸レンズ１５が備わる場合について説明する。各凸レンズ１５は、互いに重複しない部分光に割り当てられており、自身の光軸が、対象となる部分光の軸に一致する位置に配置される。また、各凸レンズ１５は、横中心面Ｐｈに沿うように配列される。また、複数の凸レンズ１５において焦点距離が短いものほど、観察者Ｖから遠い距離範囲に表示されるオブジェクトを表す光に割り当てられる。以上のような凸レンズ１５はそれぞれ、光路分岐回路１０から出射された部分光を屈折する
ここで、本実施形態では、ｎ＝２の場合について説明しているので、４個の凸レンズ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄが備わる。凸レンズ１５ａは、焦点距離が最も長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌａを屈折する。また、凸レンズ１５ｂは、２番目に焦点距離が長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｂを屈折する。また、凸レンズ１５ｃは、３番目に焦点距離が長いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｃを屈折する。また、凸レンズ１５ｄは、最も焦点距離が短いものであり、光路分岐回路１０の出射部分光Ｌｄを屈折する。
なお、上述のように、凸レンズ１５の総数は（２n −１）個でもよい。例えば、３個の場合には、距離範囲が最も観察者Ｖに近いオブジェクトＡを表す部分光Ｌａには凸レンズ１５は割り当てられない。
光路選択回路１２は、遠焦点化部１１により処理された全ての部分光を受け取り、距離範囲が近いものから、距離範囲が遠いものへと順番に、極めて短い一定の時間毎に光を１つずつ選択する。光路選択回路１２はこのような選択処理を繰り返す。また、光路選択回路１２は、以上のようにして選択した光をレンズ５に向けて順次出射する。このように出射された光は、それぞれの虚像の位置が互いに異なるオブジェクトを表す立体画像光Ｌｔである。
上述のような処理のために、光路選択回路１２は、所定個数の反射部材１６と、（２n −１）個のＤＭＤ１７とを含む。各反射部材１６及び各ＤＭＤ１７は、各反射部材１４及び各ＤＭＤ１３と同様の形状を有しており、横中心面Ｐｈを基準として、各反射部材１４及び各ＤＭＤ１３と対称な位置に配置される。
凸レンズ５は、ＤＭＤ１３及び１７の大きさ（具体的には、対角線の長さ）が数インチと小さいことから、適度な大きさの立体画像を観察者Ｖが観察できるように、遠焦点化装置４から出射された立体画像光Ｌｔを屈折させ、これによって、遠焦点化装置４の出射光Ｌｔが表す各画像を拡大する。
反射部材６は、典型的には全反射ミラー又はハーフミラーであり、凸レンズ５により屈折された光を観察者Ｖの方向に反射させる。ここで、反射部材６がハーフミラーの場合、反射部材６の背後の光が観察者Ｖの方向に透過するため、観察者Ｖは、反射部材６の背後の情景に、反射部材６の反射光Ｌｔが表す立体画像が重畳された像を視認することができる。
次に以上のような構成の立体画像表示システム１の具体的な動作例について説明する。今説明の便宜上、データ蓄積部８内のデータは、図３に示すような複数のオブジェクト（三角形）Ａ、オブジェクト（長方形）Ｂ、オブジェクト（正方形）Ｃ及びオブジェクト（丸）Ｄを表すと仮定する。さらに、オブジェクトＤには遠距離レンジに属する奥行き値が、オブジェクトＣには第２の中間距離レンジに属する奥行き値が、オブジェクトＢには第１の中間距離レンジに属する奥行き値が、さらに、オブジェクトＡには近距離レンジに属する奥行き値が割り当てられていると仮定する。
画像分類部９は、前述からも明らかなように、データ蓄積部８内のデータから、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄを作成し、その後、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄを、前述の順番通りに表示装置３に送る。
表示装置３は、前述からも明らかな通り、部分データＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄのそれぞれを受け取る度に、それぞれが表すオブジェクトＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを自身の表示画面に表示する。これによって生成された光Ｌは、光路分岐回路１０のＤＭＤ１３ａに向けて出射される。
光路分岐回路１０において、ＤＭＤ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは、図示しない制御部からの駆動電圧に従って、それぞれのマイクロミラー２２の傾きを変更する。図４は、各ＤＭＤ１３ａ−１３ｃにおけるマイクロミラー２２の傾きを時間軸上で示すタイミングチャートである。図４において、「ＯＮ」とは、対象となるＤＭＤ１３の全マイクロミラー２２をＯＮすることを意味し、「ＯＦＦ」とは、そのＤＭＤ１３の全マイクロミラー２２をＯＦＦすることを意味する。また、「ＤＣ」とは、「Ｄｏｎ’ｔ Ｃａｒｅ」、つまり、「ＯＮ」でも「ＯＦＦ」でもどちらでもいいことを意味する。
まず、最初の時間区間ｔ１において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＡを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ１に入射されるもののみを抜き出して、部分光Ｌａを生成し、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ａに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＮにして、入射多重光ＬをＤＭＤ１３ｂの方向へと反射し、これによって、中間光Ｌｉｂを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｂもまた、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＮにして、ＤＭＤ１３ａで生成された中間光Ｌｉｂを、反射部材１４ａの方向に反射し、これによって、部分光Ｌａを生成する。反射部材１４ａは、ＤＭＤ１３ｂで生成された部分光Ｌａを反射して、部分光Ｌａを凸レンズ１５ａに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｃはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ２において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＢを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ２に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｂを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｂに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射多重光ＬをＤＭＤ１３ｃの方向へと反射し、これによって、中間光Ｌｉｃを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｃは、自身の全マイクロミラー２２をＯＮにして、ＤＭＤ１３ａで生成された中間光Ｌｉｃを反射することにより、部分光Ｌｂを抜き出し、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｂに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ３において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＣを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ３に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｃを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｃに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、時間区間ｔ１の場合と同様にして、中間光Ｌｉｂを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｂは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される中間光Ｌｉｂを反射することにより、部分光Ｌｃを抜き出して、凸レンズ１５ｃに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｃはＤＣに設定される。
また、次の時間区間ｔ４において、光路分岐回路１０に入射される多重光Ｌは、オブジェクトＤを表している。このような多重光Ｌから、光路分岐回路１０は、時間区間ｔ４に入射されるものを抜き出して、部分光Ｌｄを生成して、遠焦点化部１１の凸レンズ１５ｄに出射する。具体的には、この間、ＤＭＤ１３ａは、時間区間ｔ２の場合と同様にして、中間光Ｌｉｃを生成する。また、この間、ＤＭＤ１３ｃは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される中間光Ｌｉｃを反射することにより、部分光Ｌｄを抜き出し、凸レンズ１５ｄに与える。なお、この間、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定される。
以上のような時間区間ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４は互いに実質的に同じ時間ｔであり、極めて短い時間である。これら時間区間ｔ１からｔ４までを単位周期として、光路分岐回路１０は、上述のような処理を周期的に繰り返す。
また、遠焦点化部１１において、凸レンズ１５ａは、時間区間ｔ１に入射される部分光Ｌａを屈折する。このような屈折により、部分光Ｌａが表すオブジェクトＡの虚像の位置が近距離レンジに設定される。また、このような部分光Ｌａは、光路選択回路１２の反射部材１６ａに入射される。
また、凸レンズ１５ｂは、時間区間ｔ２に入射される部分光Ｌｂを屈折する。これによって、部分光Ｌｂが表すオブジェクトＢの虚像の位置が第１の中間距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｂは、光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｃに入射される。
また、凸レンズ１５ｃは、時間区間ｔ３に入射される部分光Ｌｃを屈折する。これによって、部分光Ｌｃが表すオブジェクトＣの虚像の位置が第２の中間距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｃは、光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｂに入射される。
また、凸レンズ１５ｄは、時間区間ｔ４に入射される部分光Ｌｄを屈折する。これによって、部分光Ｌｄが表すオブジェクトＤの虚像の位置が遠距離レンジに設定される。このような部分光Ｌｄは、光路選択回路１２の反射部材１６ｂに入射される。
上述から明らかなように、光路選択回路１２には、部分光Ｌａ−Ｌｄが互いに異なる光路を通じて順次的に入射される。光路選択回路１２は、入射部分光Ｌａ−Ｌｄを時間軸上で多重して、立体画像光Ｌｔを生成する。このような処理のために、光路選択回路１２において、ＤＭＤ１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、図示しない制御部からの駆動電圧に従って、それぞれのマイクロミラー２２の傾きを変更する。図４はさらに、各ＤＭＤ１７ａ−１７ｃにおけるマイクロミラー２２の傾きを時間軸上で示している。
まず、最初の時間区間ｔ１において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌａを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、反射部材１６ａは、入射される部分光Ｌａを反射して、ＤＭＤ１７ｂに与える。この間、ＤＭＤ１７ｂは、自身が備える全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される部分光Ｌａを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。この間、ＤＭＤ１７ａは、自身の全マイクロミラー２２をＯＦＦにして、入射される部分光Ｌａを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。また、ＤＭＤ１７ｃは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
また、次の時間区間ｔ２において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｂを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、ＤＭＤ１７ｃは、ＯＦＦの状態になり、入射される部分光Ｌｂを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。また、この間、ＤＭＤ１７ａは、ＯＮの状態になり、入射される部分光Ｌｂを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、ＤＭＤ１７ｂは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
また、次の時間区間ｔ３において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｃを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、ＤＭＤ１７ｂは、ＯＮの状態になり、入射された部分光Ｌｃを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。また、この間、ＤＭＤ１７ａは、ＯＦＦの状態になり、入射される部分光Ｌｃを、レンズ５の光軸方向に反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、ＤＭＤ１７ｃは、この間、光選択に関与しないので、ＤＣの状態である。
さらに、次の時間区間ｔ４において、光路選択回路１２は、入射される部分光Ｌｄを立体画像光Ｌｔに多重する。具体的には、この間、まず、反射部材１６ｂは、入射される部分光Ｌｄを全反射して、ＤＭＤ１７ｃに与える。ＤＭＤ１７ｃは、この間、ＯＮの状態に設定され、入射される部分光Ｌｄを反射して、ＤＭＤ１７ａに与える。ＤＭＤ１７ａは、この間、ＯＮの状態に設定され、入射される部分光Ｌｄを反射し、これによって、立体画像光Ｌｔに多重する。なお、時間区間ｔ４では、ＤＭＤ１７ｂは、光選択に関与しないので、ＤＣの状態に設定される。
以上の時間区間ｔ１からｔ４までを単位周期として、光路選択回路１２は、上述のような処理を周期的に繰り返す。これによって、光路選択回路１２は、オブジェクトＡ−Ｄをその順番通りに多重した立体画像光Ｌｔを生成する。このような立体画像光Ｌｔは、レンズ５に向けて出射される。
また、以上のような光路選択回路１２から出射された立体画像光Ｌｔは、レンズ５を通過した後、ミラー６により観察者Ｖの方向に反射される。
ここで、上述から明らかなように、オブジェクトＡには、焦点距離が最も長い凸レンズ１５ａが割り当てられ、オブジェクトＢには、２番目に焦点距離が長い凸レンズ１５ｂが割り当てられ、オブジェクトＣには、３番目に焦点距離が長い凸レンズ１５ｃが割り当てられ、さらに、オブジェクトＤには、最も焦点距離が短い凸レンズ１５ｄが割り当てられる。各凸レンズ１５を以上のように各オブジェクトに割り当てることにより、観察者Ｖは、図５に示すように、立体画像光Ｌｔに含まれるオブジェクトＡがあたかも自身から最も近い仮想スクリーンＳＡ上に表示されているように見える。同様に、オブジェクトＢが次に近い仮想スクリーンＳＢ上に、オブジェクトＣがあたかも３番目に近い仮想スクリーンＳＣ上に虚像として表示されているように、さらに、オブジェクトＤがあたかも最も遠くの仮想スクリーンＳＤ上に虚像として表示されているように観察者Ｖには見える。
また、このような仮想スクリーン上の画像は、図６に示すように、時間区間ｔ毎に切り替わる。具体的には、最初の時間区間ｔ１では、オブジェクトＡの虚像が観察者Ｖにより視認される。次の時間区間ｔ２では、オブジェクトＢの虚像が観察者Ｖにより視認され、オブジェクトＡ（点線参照）は残像として観察者Ｖの網膜に残る。次の時間区間ｔ３では、オブジェクトＣの虚像が観察者Ｖにより視認され、さらに、オブジェクトＡ及びＢの各虚像が残像として残る。また、次の時間区間ｔ４では、オブジェクトＤの虚像が観察者Ｖにより視認され、他のオブジェクトＡ−Ｃの各虚像は残像となる。このような時間区間ｔ１−ｔ４までの画像切り替えが周期的に行われる。
このような４回の画像の切り替えにより、図７に示されるような４つのオブジェクトＡ−Ｄが立体的に重畳された立体画像が観察者Ｖに提供される。なお、図７において格子状の点線及び水平線は、奥行き感を表すために単に示されているだけである。
ここで、図８は、本立体画像表示システム１の技術的効果を示す図である。より具体的には、図８は、本立体画像表示システム１における各仮想スクリーンＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤにおける光量と、従来のハーフミラー方式を採用した立体画像表示システムにおける各ハーフミラー（仮想スクリーン）２３０Ｓ、２３０Ｉ及び２３０Ｉｂ及び全反射ミラー２３０Ｌ（図１９を参照）における光量とを対比した図である。なお、ハーフミラー２３０Ｉｂは図１９に記載されていないが、本技術的効果を説明するために、ハーフミラー２３０Ｉと全反射ミラー２３０Ｌとの間に設置されると仮定したハーフミラーである。また、観察者Ｖからみて、仮想スクリーンＳＡまでの奥行きと、ハーフミラー２３０Ｓまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＢまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＣまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉｂまでの奥行きは同じであり、さらに、仮想スクリーンＳＤまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｌまでの奥行きは同じであると仮定する。さらに、表示装置３の光源としての強さと、全ての表示部２２７の光源としての強さとは互いに等しいと仮定する。また、従来技術との対比を正確に行うため、ミラー６は全反射ミラーとする。
従来の立体画像表示システムにおいて、ハーフミラー２３０Ｓ、２３０Ｉａ及び２３０Ｉｂの透過率をいずれも５０％と仮定すると、全反射ミラー２３０Ｌで反射される表示部２２７Ｌからの光、及び表示部２２７Ｉｂからの光は、ハーフミラー２３０Ｓ、２３０Ｉａ及び２３０Ｉｂを通過するので、表示部２２７Ｌから発せられた光の約１３％（≒０．５3 ）しか観察者Ｖに届かない。また、表示部２２７Ｉａからの光については２５％、表示部２２７Ｓからの光については５０％しか観察者Ｖに届かない。そのため、観察者Ｖは、表示部２２７Ｌ及び２２７Ｉｂの画像を特に見づらく感じる。
しかしながら、本立体画像表示システム１において、各ＤＭＤ１３及び１７の反射率は約７５％である。本立体画像表示システム１では、表示装置３から発せられた光は、観察者Ｖに届くまで４個のＤＭＤで反射されるので、観察者Ｖには、表示装置３から発せられた光の約３２％（≒０．７５4 ）の光が届く。つまり、本立体画像表示システム１では、仮想スクリーンの位置によらず、表示装置３から発せられた光の約３２％が観察者Ｖに届くので、本立体画像表示システム１によれば、観察者Ｖは奥行き感にかかわらず均等な明るさの立体画像を視認することが可能となる。
また、仮に、光路分岐回路１０及び光路選択回路１２にさらにＤＭＤを追加して、表示装置３から発せられた光の反射回数を６にしたとしても、つまり、距離範囲の数を８にしても、表示装置３から発せられた光の約１８％（≒０．７５6 ）は観察者Ｖに届く。
一方、従来の立体画像表示システムで、距離範囲の数を８にしようとすると、少なくとも７個のハーフミラー２３０が必要となる。このような場合、最も遠い仮想スクリーンに表示される画像の光量は元々の約０．８％にまで減衰してしまい、観察者Ｖはこの画像をほぼ視認できない。
以上の説明から明らかなように、本立体画像表示システム１によれば、上述のようなＤＭＤを使うことにより、表示装置３から発せられた光を少ない減衰量で観察者Ｖまで届けることができる。それによって、観察者がより見やすい立体画像を提供することができる。
（第１の変形例）
以上の実施形態では、各ＤＭＤの全マイクロミラー２２は時間区間ｔ１−ｔ４のそれぞれにおいて一斉に同じ方向に傾くよう制御されていた。それゆえ、観察者Ｖには、図７に示すような立体画像、つまり、背景色が黒とならないものが視認される。それに対して、本変形例では、背景が黒の立体画像を提供可能な立体画像表示システム１について説明する。
なお、本変形例に係る立体画像表示システムは、第１の実施形態に係る立体画像表示システム１と比較すると、ＤＭＤ１３及び１７に含まれるマイクロミラー２２の傾き制御だけが相違する。それ故、本変形例において、第１の実施形態に係る立体画像表示システム１に相当する構成には同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
以下、ＤＭＤ１３内のマイクロミラー２２の傾き制御について説明する。ＤＭＤ１３は基本的には、図４を参照して説明した通りに「ＯＮ」、「ＯＦＦ」及び「ＤＣ」のいずれかの状態をとる。ただし、各ＤＭＤ１３において、図４に示す通りに「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」されるマイクロミラー２２は、各時間区間ｔ１−ｔ４で表示されるオブジェクトの外形線内を表す光を反射するものだけである。つまり、各ＤＭＤ１３において、各時間区間ｔ１−ｔ４で表示されるオブジェクトの外形線外を表す光を反射するマイクロミラー２２は、上述とは逆に「ＯＦＦ」及び「ＯＮ」の状態をとる。
例えば、時間区間ｔ２においては、オブジェクトＢの画像を表す光がＤＭＤ１３ａで反射される。ここで、図９は、この時のＤＭＤ１３ａを上から見たときの図である。図９において、微小な格子はそれぞれマイクロミラー２２を表している。なお、図示の都合上、「２２」という参照符号は、１個の格子にのみ付されている。また、実際のＤＭＤには数十万個のマイクロミラーが存在するが、図９は、説明の都合上、縦３０個×横４０個の合計１２００個のマイクロミラー２２を示している。以上のようなマイクロミラー２２において、時間区間ｔ２の間に「ＯＦＦ」となるのは、図９に示すように、オブジェクトＢの外形線内の画素を担当するものだけである。
これによって、図１０Ａに示すように、入射光Ｌのうち、オブジェクトＢの外形線内を表すものはＤＭＤ１３ｃの方向に中間光Ｌｉｃとして反射される。逆に、時間区間ｔ２では、ＤＭＤ１３ａにおいて、オブジェクトＢの外形線外の画素を担当するマイクロミラー２２は、「ＯＮ」に設定される。このように設定されたマイクロミラー２２がＤＭＤ１３ｃの方向へと光を反射するには、図１０Ａに示すように、法線Ｌｖの方向に対して左４０°の方向（矢印αを参照）からの入射光がなければならない。しかしながら、このような方向にはＤＭＤ１３はおろか、何らの光源も無い。従って、部分光Ｌｂにおいて、オブジェクトＢの外形線外に相当する部分は黒く表示されるようになる。
また、図１０Ａに示すＤＭＤ１３ａにおいて、ＯＮになっているマイクロミラー２２は、入射光ＬをＤＭＤ１３ｂの方向に反射可能である。時間区間ｔ２において、ＤＭＤ１３ｂはＤＣに設定されるので、この間にＤＭＤ１３ａの方向から入射される光は、凸レンズ１５ａ又は１５ｃを通って光路選択回路１２のＤＭＤ１７ｂに送られる。しかし、時間区間ｔ２において、ＤＭＤ１７ｂはＤＣに設定され、ＤＭＤ１７ａはＯＮに設定される。したがって、図１０Ｂに示すように、たとえＤＭＤ１７ｂの方向（矢印βを参照）からの光がＤＭＤ１７ａに入射されても、ＤＭＤ１７ａは、このような入射光をレンズ５の方向へは反射しない。
以上のような制御により、時間区間ｔ２において、レンズ５には、ＤＭＤ１３ａ→ＤＭＤ１３ｃ→凸レンズ１５ｂ→ＤＭＤ１７ｃ→ＤＭＤ１７ａという光路を辿ってきた光のみが入射される。それ故、時間区間ｔ２の間、ＤＭＤ１３ａにおいて、ＯＮになっているマイクロミラー２２を反射した光は観察者Ｖには届かず、その結果、観察者Ｖは、オブジェクトＢ以外のエリアが黒い立体画像を視認することができる。
ところで、例えばオブジェクトＢは、観察者ＶにとってオブジェクトＡよりも奥に位置するように視認される。もし、オブジェクトＢ及びＡが観察者Ｖからみて重なり合う場合、後から表示されるオブジェクトＢにおいて、オブジェクトＡと重なり合う部分を表示させると、オブジェクトＡと重なり合ったオブジェクトＢの一部分が、透き通って見えてしまう。このような不具合を解消するため、図９に示すように、オブジェクトＢにおいて、オブジェクトＡと重なり合う箇所を反射するマイクロミラー２２は「ＯＮ」に設定される。
他の時間区間ｔ１、ｔ３及びｔ４についても同様である。これによって、図１１に示すような各仮想スクリーンＳＡ−ＳＤ上に、背景が黒のオブジェクトＡ−Ｄが表示され、これらオブジェクトＡ−Ｄを含む画像は図１２に示すように時間ｔ毎に切り替えられる。これによって、図１３に示すように、観察者Ｖにとって違和感の無い立体画像を提供することが可能となる。
（第２の変形例）
また、前述の実施形態において、立体画像表示システム１において、遠焦点化装置４は１段であったが、複数段備わっていても構わない。本変形例では、複数の遠焦点化装置４を備える立体画像表示システムの例について説明する。図１４は、立体画像表示システム１０１の全体構成を示す模式図である。図１４において、立体画像表示システム１０１は、前述の立体画像表示システム１と比較すると、遠焦点化装置４の代わりに、直列に光結合された２個の遠焦点化装置４ａ及び４ｂとを備える点で相違する。それ以外に両立体画像表示システム１及び１０１の間に相違点は無い。それ故、図１４において、図１の構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
また、図１５は、図１４に示す遠焦点化装置４ａ及び４ｂの詳細な構成を示す模式図である。図１５において、遠焦点化装置４ａ及び４ｂは、図１に示す遠焦点化装置４と比較すると、遠焦点化部１１の代わりに、遠焦点化部１１ａ及び１１ｂを備える点でそれぞれ相違する。それ以外に遠焦点化装置４と、遠焦点化装置４ａ及び４ｂとの間に相違点は無い。それ故、図１５において、図１に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
遠焦点化部１１ａ及び１１ｂは、凸レンズ１５１及び１５２を、２n 個又は（２n −１）個含む。なお、図１５には、前述の実施形態における例と同様に、２n 個の凸レンズ１５１及び１５２が遠焦点化部１１ａ及び１１ｂに備わっており、さらに、ｎ＝２の場合について示されている。このような構成の場合、遠焦点化装置４ａの内部には４通りの光路が形成され、遠焦点化装置４ｂの内部にも４通りの光路が形成される。したがって、遠焦点化装置４ａ及び４ｂを直列に光結合することにより、表示装置３からレンズ５の間には、４×４＝１６通りの光路が形成される。ここで、各凸レンズ１５１及び１５２の焦点距離は、全凸レンズ１５１から選ばれた１個と、全凸レンズ１５２から選ばれた１個とを組み合わせたものの焦点距離が互いに異なるように選ばれる。また、このような立体画像表示システム１０１において、前述の実施形態と同様に、ＤＭＤのマイクロミラーの傾きが制御されると、観察者Ｖに対して、１６種類の奥行き感がある立体映像が提供される。
また、本変形例における光量は、ＤＭＤでの反射が８回（４回×２）となるので、表示装置３が発する光の約１０％（＝０．７５8 ）が観察者Ｖに届く。このような値は、前述の実施形態と比較すると劣るが、従来のハーフミラー重畳方式で１６種類の奥行き感のある立体画像を提供しようとすると、観察者Ｖから近いものから数えて４枚目の仮想スクリーンにおいて、本変形例の光量を下回る約６％になってしまう。また、７枚目の仮想スクリーンでの光量は、表示装置が発する光量の１％であり、最も遠い１６枚目の仮想スクリーンでの光量は、その約０．００３％となってしまう。つまり、従来のハーフミラー重畳方式では、本変形例のような多数の奥行き感を表現することは、現実的に不可能であることが分かる。
（第３の変形例）
なお、以上の実施形態及び各変形例では、レンズ５の光軸上に基準となるＤＭＤ１３ａが配置され、２個のＤＭＤ１３ｂ及び１３ｃが光軸を基準として互いに対称な位置に配置されていた。また、ＤＭＤ１７ａ−１７ｃも同様に配置されていた。しかし、これに限らず、図１６に示すように、立体画像表示システム１又は１０１において、（２n −１）個のＤＭＤ１３又は１７は直列に配置されても構わない。この場合、ＤＭＤ１３又は１７による反射回数が多ければ多いほど、観察者Ｖに届く光量は減衰するが、この場合、遠くに見えるオブジェクトを表す光の光路が長くなるようにＤＭＤ１３又は１７を配置し、近くに見えるオブジェクトを表す光の光路が短くなるように、ＤＭＤ１３又は１７を配置したり、遠くに見えるオブジェクトを表す光の反射回数を多くし、近くに見えるオブジェクトを表す光の反射回数を少なくしたりすることが可能となる。なお、図１６に示す立体画像表示システム１又は１０１についても、前述の実施形態と同様に、従来の立体画像表示システムとの光量比を図１７に示す。
なお、以上の説明において、各遠焦点化部は、凸レンズから構成されるとして説明したが、これに限らず、凹レンズ、凸面鏡又は凹面鏡若しくはこれらを組み合わせたり、レンズの特性を持ったＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）を用いたりして実現することも可能である。
なお、以上の実施形態では、データ蓄積部８には、各オブジェクトの奥行き値が格納されるとして説明したが、これに限らず、データ蓄積部８は、各オブジェクトに予め割り当てられる距離範囲を格納してもよい。
また、以上の説明では、反射部材６としてハーフミラーを備える例も説明したが、反射部材６に代えて、ハーフミラーの特性を持ったＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）を備えていても構わない。
また、以上の第１の変形例では、マイクロミラー２２の傾きの制御により、複数のオブジェクトにおいて重なり合う部分の画像を観察者Ｖに見せないようにしていた。しかし、これに限らず、表示装置３自体が、一番観察者Ｖ寄りのものを除く全オブジェクトにおいて互いに重なり合う部分を表示しないようにしても構わない。
また、反射部材６がハーフミラーの場合には、観察者Ｖは、実風景に立体画像が重畳された像を観ることになる。この場合、表示装置３は、実風景よりも遠くに表示されるべき部分の映像光を出力しないようにしても構わない。他にも、表示装置３は、オブジェクト同士間の重なり、又はオブジェクトと実風景との重なりにかかわらず、与えられたデータに従って完全な画像を表す光を発するようにしても構わない。
また、以上の実施形態又は各変形例において、反射部材６が無い構成を採用しても構わない。この場合、観察者Ｖは、レンズ５を直視することで、立体画像を視認することになる。
以上、本発明を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる意味において例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲から逸脱することなしに多くの他の改変例及び変形例が可能であることが理解される。
本発明に係る立体画像表示システムは、観察者がより見やすい立体画像を提供することが要求される様々な表示装置等、例えば、ヘッドアップディスプレイ、自動車シミュレータ、フライトシミュレータ、ゲーム機、テーマパーク又は遊園地で立体画像を提供可能なアトラクションに適用できる。
本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システム１の全体構成を示す模式図 図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第１の模式図 図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第２の模式図 図１に示すＤＭＤ１３又は１７の詳細な動作を示す第３の模式図 図１に示すＤＭＤ１３による光の反射を示す第１の模式図 図１に示すＤＭＤ１７による光の反射を示す第２の模式図 図１に示すデータ蓄積部８に格納されるデータが表すオブジェクトを例示する模式図 図１に示す各ＤＭＤ１３及び１７の動作を示すタイミングチャート 図１に示す立体画像表示システム１により仮想的に形成される仮想スクリーンを例示する模式図 図５に示す各仮想スクリーンに表示される画像の遷移を示す状態遷移図 図１に示す立体画像表示システム１により提供される立体画像を例示する模式図 図１に示す立体画像表示システム１の有利な点を示す図 第１の実施形態の変形例（第１の変形例）におけるＤＭＤ１３ａを真上から観たときの模式図 図９に示すＤＭＤ１３ａのマイクロミラー２２の状態を示す模式図 図９に示すＤＭＤ１３ａにより反射された光がＤＭＤ１７ａにどのように入射され反射されるかを示す模式図 第１の変形例に係る立体画像表示システム１により仮想的に形成される仮想スクリーンを例示する模式図 図１１に示す各仮想スクリーンに表示される画像の遷移を示す状態遷移図 第１の変形例に係る立体画像表示システム１により提供される立体画像を例示する模式図 第１の実施形態の変形例（第２の変形例）に係る立体表示装置１０１の構成を示す模式図 図１４に示す遠焦点化装置４ａ及び４ｂの詳細な構成を示す模式図 第１の実施形態の変形例（第３の変形例）に係る立体画像表示システム１又は１０１の構成を部分的に示す模式図 図１６に示す立体画像表示システム１又は１０１の有利な点を示す図 パララックスバリア方式を採用した一般的な立体画像表示システムの全体構成を示す模式図 従来の立体画像表示システムの全体構成を示す模式図 図１７に示す立体画像表示システムの問題点を示す模式図
符号の説明
１，１０１ 立体画像表示システム
２ 画像生成装置
８ データ蓄積部
９ 画像分類部
３ 表示装置
４，４ａ，４ｂ 遠焦点化装置
１０ 光路分岐回路
１１ 遠焦点化部
１２ 光路選択回路
１３ ＤＭＤ
１４ 反射部材
１５，１５１，１５２ 凸レンズ
１６ 反射部材
１７ ＤＭＤ
２２ マイクロミラー
５ レンズ
６ 反射部材
また、以上のような光路選択回路１２から出射された立体画像光Ｌｔは、レンズ５を通過した後、反射部材６により観察者Ｖの方向に反射される。
ここで、図８は、本立体画像表示システム１の技術的効果を示す図である。より具体的には、図８は、本立体画像表示システム１における各仮想スクリーンＳＡ、ＳＢ、ＳＣ及びＳＤにおける光量と、従来のハーフミラー方式を採用した立体画像表示システムにおける各ハーフミラー（仮想スクリーン）２３０Ｓ、２３０Ｉ及び２３０Ｉｂ及び全反射ミラー２３０Ｌ（図１９を参照）における光量とを対比した図である。なお、ハーフミラー２３０Ｉｂは図１９に記載されていないが、本技術的効果を説明するために、ハーフミラー２３０Ｉと全反射ミラー２３０Ｌとの間に設置されると仮定したハーフミラーである。また、観察者Ｖからみて、仮想スクリーンＳＡまでの奥行きと、ハーフミラー２３０Ｓまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＢまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉまでの奥行きは同じであり、仮想スクリーンＳＣまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｉｂまでの奥行きは同じであり、さらに、仮想スクリーンＳＤまでの奥行きとハーフミラー２３０Ｌまでの奥行きは同じであると仮定する。さらに、表示装置３の光源としての強さと、全ての表示部２２７の光源としての強さとは互いに等しいと仮定する。また、従来技術との対比を正確に行うため、反射部材６は全反射ミラーとする。

Claims (14)

  1. 立体画像表示システムであって、
    複数のオブジェクトのそれぞれを表すデータを、立体画像の奥行き方向に沿う距離の範囲毎に分類して順次的に出力する画像生成装置と、
    前記画像生成装置から出力された各データに対して順次的に表示処理を行って、各前記オブジェクトを表す光が時間軸上で多重された光を発する表示装置と、
    前記表示装置から発せられた多重光に含まれる各オブジェクトに立体感又は距離感を与えて、これらオブジェクトを立体的に視認可能な立体画像光を生成する１又は複数の遠焦点化装置とを備え、
    前記遠焦点化装置は、
    内部に含む少なくとも１個のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が有するマイクロミラーの傾きを予め定められた時間毎に変更して、前記表示装置から発せられた多重光から、複数のオブジェクトのいずれかを含む複数の部分光を分離する光路分岐回路と、
    前記光路分岐回路により分離された複数の部分光のそれぞれが表すオブジェクトに、互いに異なる立体感又は距離感を与える遠焦点化部と、
    内部に含む少なくとも１個のＤＭＤが有するマイクロミラーの傾きを、前記予め定められた時間と実質的に同じ時間毎に変更することで、前記遠焦点化部から発せられた複数の部分光を、予め定められた時間毎に順番に選択し、選択した光を順次的に出力して立体画像光を生成する光路選択回路とを含む、立体画像表示システム。
  2. 前記光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられかつ互いに異なる焦点距離を持つ光学部品を、前記遠焦点化部は有する、請求項１に記載の立体画像表示システム。
  3. 前記光学部品は、凸レンズ、凹レンズ、凸面鏡及び凹面鏡からなるグループから選ばれる１以上である、請求項２に記載の立体画像表示システム。
  4. 前記光学部品は、ホログラフィック光学素子である、請求項２に記載の立体画像表示システム。
  5. 複数の前記遠焦点化装置は互いに直列に光結合される、請求項１に記載の立体画像表示システム。
  6. 各前記遠焦点化部は、前記光路分岐回路で分離された各部分光のそれぞれに割り当てられる光学部品を有しており、
    前記遠焦点化部のそれぞれから１つずつ選ばれた光学部品を組み合わせたものの焦点距離は互いに異なる、請求項５に記載の立体画像表示システム。
  7. 前記遠焦点化装置から出力された立体画像光を観察者の方向に反射する、少なくとも１個の反射部材とを備える、請求項１に記載の立体画像表示システム。
  8. 前記反射部材が立体画像光を反射することにより、複数のオブジェクトが合成された立体画像が前記観察者により視認される、請求項７に記載の立体画像表示システム。
  9. 前記反射部材は、前記光路選択回路からの光の一部を所定方向に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を同方向に向けて透過する、請求項７に記載の立体画像表示システム。
  10. 前記反射部材は、ハーフミラー、全反射ミラー及びホログラフィック光学素子のいずれかである、請求項７に記載の立体画像表示システム。
  11. 前記ＤＭＤは複数のマイクロミラーを有しており、所定部分のマイクロミラーの傾きを変更することにより、各前記表示部から発せられた光の一部分を選択する、請求項１に記載の立体画像表示システム。
  12. 前記所定部分のマイクロミラーとは、前記立体画像光が表す立体画像においてオブジェクトが無い部分を担当するものである、請求項１１に記載の立体画像表示システム。
  13. 前記所定部分のマイクロミラーとは、前記立体画像光が表す立体画像において、複数のオブジェクトが重なり合う部分の遠距離側を担当するものである、請求項１１に記載の立体画像表示システム。
  14. 前記反射部材は、前記光路選択回路からの光の一部を観察者に向けて反射するとともに、自身の背後からの光を観察者に向けて透過し、
    前記所定部分のマイクロミラーとは、前記立体画像光が表す立体映像に含まれるオブジェクトにおいて、前記反射部材の背後に存在する物体よりも遠距離側に表示される部分を担当するものである、請求項１０に記載の立体画像表示システム。
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