JPWO2020080111A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明の画像表示装置（１００）は、表示部と、投射部とを具備する。前記表示部は、所定の軸（１）に沿って延在する曲面状の第１のスクリーン（４３）と、前記第１のスクリーン（４３）の前方に間隙を空けて配置され、透明性を有する曲面状の第２のスクリーン（４４）とを有する。前記投射部は、前記所定の軸（１）上の領域から第１の画像及び前記第１の画像に重畳される第２の画像を表示する光を出射する出射部（１１）を有し、前記第１のスクリーン（４３）に前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーン（４４）に前記第２の画像を投射する。

Description

本技術は、画像を表示する画像表示装置に関する。

特許文献１には、二次元像を投射して三次元物体を表示する三次元表示装置について記載されている。この装置では、観察者の前面の異なった奥行に複数の平面的な表示面が設定される。各表示面は、反射型ホログラフィック拡散板とプロジェクタ型二次元表示装置とを用いてそれぞれ構成される。また各表示面には、観察者の視点を基準とする三次元物体の２Ｄ化像が表示される。例えば、各２Ｄ化像の輝度等を適宜調整することで、三次元物体の奥行を表現することが可能となっている（特許文献１の明細書段落［００１３］［００１６］［００２５］［００２６］図１、２等）。

特開２００３−５７５９５号公報

特許文献１では、観察者の位置を基準として画像が表示されるため、奥行のある画像を表示することが可能な範囲が限られる場合がある。このような表示範囲を広げて、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能な画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、表示部と、投射部とを具備する。
前記表示部は、所定の軸に沿って延在する曲面状の第１のスクリーンと、前記第１のスクリーンの前方に間隙を空けて配置され、透明性を有する曲面状の第２のスクリーンとを有する。
前記投射部は、前記所定の軸上の領域から第１の画像及び前記第１の画像に重畳される第２の画像を表示する光を出射する出射部を有し、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する。

この画像表示装置では、所定の軸に沿って曲面状の第１のスクリーンが配置される。第１のスクリーンの前方には、透明性を持った曲面状の第２のスクリーンが間隙を空けて配置される。また第１の画像とそれに重畳される第２の画像とを表示する光が所定の軸上の領域から出射され、第１及び第２のスクリーンに第１及び第２の画像がそれぞれ投射される。これにより、２つの曲面上に画像が重畳して表示され、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。

前記所定の軸は、前記第１及び前記第２のスクリーンの間の前記間隙を通ってもよい。この場合、前記投射部は、前記間隙を通る光路に沿って、前記第１及び前記第２の画像を投射してもよい。
これにより、第１及び第２の画像を表示する光の光路を第１及び第２のスクリーンの間に形成することが可能となり、例えば装置サイズを小さくすることが可能となる。

前記第１のスクリーンは、前記第１の画像を表示する光を拡散反射してもよい。この場合、前記第２のスクリーンは、前記第２の画像を表示する光を拡散透過してもよい。
これにより、例えば第１及び第２の画像を明るく表示することが可能となる。この結果、明るい画像を重畳して表示することが可能となり、視認性を向上することが可能となる。

前記表示部は、曲面状の柱面を有する略筒状の透明基材と、前記透明基材の内面及び外面のいずれか一方に配置される透明スクリーンとを有してもよい。
これにより、例えば透明な全周スクリーン等が構成され、奥行感のある画像を３６０°の方位にわたって表示することが可能となり、視野角を十分に広げることが可能となる。

前記透明スクリーンは、前記透明基材の内面に配置された透過型スクリーンであってもよい。この場合、前記第１のスクリーンは、前記透明基材の外面により形成されてもよい。また、前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成されてもよい。
これにより、第１及び第２のスクリーンを容易に構成することが可能となる。

前記透明スクリーンは、前記透明基材の外面に配置された反射型スクリーンであってもよい。この場合、前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成されてもよい。また、前記第２のスクリーンは、前記透明基材の内面により形成されてもよい。
これにより、第１及び第２のスクリーンを容易に構成することが可能となる。

前記表示部は、前記間隙を挟んで配置される曲面状の反射型スクリーンと曲面状の透過型スクリーンとを有してもよい。この場合、前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成されてもよい。また、前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成されてもよい。
これにより、例えば第１及び第２のスクリーンに十分に明るい画像を表示することが可能となり、視認性に優れた奥行感のある画像を表示することが可能となる。

前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする円柱面に沿って配置されてもよい。
これにより、例えば３６０°の全方位にわたって奥行感のある画像を均質に表示することが可能となり、視聴位置に係らず奥行感のある画像を適正に表示することが可能となる。

前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする楕円柱面に沿って配置されてもよい。
これにより、例えば奥行感のある画像を広い範囲に表示するといったことが可能となり、没入感の高い立体表示等を実現することが可能となる。

前記画像表示装置は、さらに、前記第１及び前記第２の画像の表示を制御する表示制御部を具備してもよい。
これにより、奥行感のある画像を高精度に表示することが可能となり、優れた視覚効果を発揮することが可能となる。

前記第１及び前記第２の画像は、どちらか一方が主画像であり、他方が副画像であってもよい。この場合、前記表示制御部は、前記主画像の表示状態に応じて、前記副画像の表示パラメータを制御してもよい。
これにより、主画像の表示品位を損なうことなく、主画像の奥行感等を十分に表現することが可能となり、エンタテイメント性の高い画像表示を実現することが可能となる。

前記表示パラメータは、前記副画像の輝度、解像度、彩度の少なくとも１つを含んでもよい。
これにより、例えば主画像の奥行感等を自然に表現することが可能となり、高品位な画像表示を実現することが可能となる。

前記第２の画像は、主表示物を表示する前記主画像であってもよい。この場合、前記第１の画像は、前記主表示物の影、及び前記主表示物の背景の少なくとも一方を含む副表示物を表示する前記副画像であってもよい。
これにより、例えば主画像の奥行感や浮遊感等を十分に高めることが可能となる。

前記表示制御部は、前記主表示物についての運動視差が得られるように、前記副表示物のサイズ及び表示速度の少なくとも一方を制御してもよい。
これにより、例えば主画像の奥行感や浮遊感等を自然に表現することが可能となる。

前記画像表示装置は、さらに、観察者の観察位置を検出する検出部を具備してもよい。この場合、前記表示制御部は、前記検出された前記観察位置に応じて、前記第１及び前記第２の画像の表示を制御してもよい。
これにより、例えば観察位置に係らず、奥行感のある画像表示を適正に実現することが可能となる。

前記第１及び前記第２の画像は、ともに主表示物を表示する画像であってもよい。この場合、前記表示制御部は、前記第１の画像として、前記観察位置から前記第１のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成し、前記第２の画像として、前記観察位置から前記第２のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成してもよい。
これにより、主表示物を立体的に表示することが可能となり、優れた視覚効果を発揮することが可能となる。

前記表示制御部は、前記主表示物の奥行情報を取得し、前記奥行情報に基づいて、前記第１及び前記第２の画像の輝度を制御してもよい。
これにより、主表示物の立体感を十分に高めることが可能となり、品質の高い立体表示を実現することが可能となる。

前記投射部は、前記出射部から出射された前記画像光を反射または屈折して、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する光学部を有してもよい。
これにより、第１及び第２のスクリーンに適正に画像を表示することが可能となる。

前記表示部は、回折光学素子を用いたスクリーンを有してもよい。
これにより、例えば透明性の高い曲面スクリーン等を構成することが可能となり、奥行感があり、しかも浮遊感の高い画像表示等を実現することが可能となる。

以上のように、本技術によれば、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。 スクリーン部に入射した画像光の光路の一例を示す模式図である。 画像表示装置の機能的な構成例を示すブロック図である。 画像表示装置の表示例を示す模式図である。 図４においてユーザの観察位置が移動した場合を示す模式図である。 画像表示装置の他の表示例を示す模式図である。 ＤＦＤ表示について説明するための模式図である。 ＤＦＤ表示の画像データの一例を示す画像である。 ＤＦＤ表示おいてユーザの視点位置が移動した場合を示す模式図である。 第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。 第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。 第４の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。 第５の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。 第６の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。 図１４に示すスクリーン部におけるＤＦＤ表示の一例を示す模式図である。 第７の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。 第８の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
［画像表示装置の構成］
図１は、本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。図１Ａは、画像表示装置１００の外観を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、画像表示装置１００の構成例を模式的に示す断面図である。

図１Ａに示すように、画像表示装置１００は、全体的に略円柱形状であり、一方の底面を床等の配置面に配置して用いられる。以下の説明では、画像表示装置１００が配置される面方向をＸＹ平面方向とし、画像表示装置１００の上下方向をＺ方向とする。

画像表示装置１００は、台座１０と、出射部１１と、反射ミラー１２と、スクリーン部１３と、検出カメラ１４とを有する。また画像表示装置１００には、図示しない記憶部２０と、コントローラ２１とが搭載される（図３参照）。

画像表示装置１００のスクリーン部１３は、透明性を有する円筒形状のスクリーン（透明円筒スクリーン）である。以下では、スクリーン部１３（画像表示装置１００）の中心となる軸（中心軸）を、基準軸１と記載する。従って、画像表示装置１００は、基準軸１に沿って延在する円柱形状となる。本実施形態では、基準軸１は、所定の軸に相当する。

なお本開示において透明性を有するとは、透明及び半透明の両方を含み、色が付された形態も含まれる。例えば部材の背後が透けて視認可能な状態である場合、その部材は透明性を有する部材と言うことができる。また可視光の少なくとも一部を透過可能な部材も、透明性を有する部材に含まれる。

図１Ｂには、画像表示装置１００を基準軸１を含むＸＺ平面方向に沿って切断した断面が模式的に示されている。また図１Ｂには、画像表示装置１００（スクリーン部１３）をＸ方向に沿って見ているユーザ２の視点が模式的に図示されている。例えばユーザ２が存在する側（図中の右側）が、画像表示装置１００の前方側となる。また画像表示装置１００を挟んでユーザ２とは反対側（図中の左側）が、画像表示装置１００の後方側となる。

ユーザ２は、画像表示装置１００を観察する観察者である。例えば、画像が表示されていない状態では、ユーザ２は、スクリーン部１３の背景、すなわちスクリーン部１３の後側の景色等を透かして視認することが可能である。また、スクリーン部１３に画像を表示した場合、ユーザ２は、例えばスクリーン部１３の内部に浮かんでいる画像等を視認することが可能である。

台座１０は、画像表示装置１００の下方の部分に設けられ、３６０°の全周にわたりスクリーン部１３を支持する。台座１０の内部には、出射部１１、記憶部２０、及びコントローラ２１が設置される。なお図１Ｂでは、記憶部２０及びコントローラ２１の図示が省略されている。また台座１０の内部には、図示しないバッテリー等の電源供給源、スピーカ、その他画像表示装置１００の動作に必要な素子等が適宜設けられる。

出射部１１は、光軸４に沿って画像光５を放射状に出射する。画像光５は、画像を構成する光であり、例えば各画素を表示するための光（光線）により構成される。画像表示装置１００では、例えばコントローラ２１により表示用の画像が生成される。出射部１１は、この表示用の画像を構成する画像光５を生成し、光軸４に沿って出射する。

出射部１１は、台座１０の内部に光軸４とスクリーン部１３の基準軸１とが略一致するように、画像表示装置１００の上方に向けて設置される。従って、出射部１１は、スクリーン部１３の基準軸１上の領域から、基準軸１（光軸４）に沿って、画像表示装置１００の上方に向けて画像光５を放射状に出射することになる。

例えば図１Ｂに示すように、基準軸１を含む平面（ＸＺ平面）では、基準軸１上の出射部１１から所定の画角で画像光５が出射される。以下では、光軸４を挟んでユーザ２とは反対側（後方側）に出射される光を画像光５ａと記載し、光軸４を挟んでユーザ２側（前方側）に出射される光を画像光５ｂと記載する。

図１Ｂには、後方側に出射される画像光５ａの光路として、出射角度が小さく光軸４に近い後方内側の光路と、出射角度が大きく光軸４から離れた後方外側の光路とが模式的に図示されている。また前方側に出射される画像光５ｂの光路として、出射角度が小さく光軸４に近い前方内側の光路と、出射角度が大きく光軸４から離れた前方外側の光路とが模式的に図示されている。なお出射角度とは、例えば光軸４と、出射された画像光５の進行方向との間の角度である。

出射部１１としては、例えばＲＧＢの各色に対応したレーザ光をスキャンして各画素を表示するレーザ走査方式のカラープロジェクタ等が用いられる。出射部１１の具体的な構成は限定されず、例えば小型のモバイルプロジェクタ（ピコプロジェクタ）や単色のレーザ光を用いたプロジェクタ等が、画像表示装置１００のサイズや用途等に応じて適宜用いられてよい。この他、画像光５を投射可能な任意のプロジェクタが用いられてよい。

反射ミラー１２は、スクリーン部１３の上部に接続される。反射ミラー１２は、出射部１１により出射された画像光５を反射する反射面１５を有する。反射ミラー１２は、反射面１５が出射部１１に向くように、光軸４（基準軸１）を基準として出射部１１に対向して配置される。従って、反射ミラー１２は、画像表示装置１００の内部の天面を構成するとも言える。

図１Ｂに示すように、出射部１１から画像表示装置１００の天面に向けて出射された画像光５は、天面に形成された反射面１５によりスクリーン部１３の内面に向けて反射される。このように、反射ミラー１２は、画像光５を反射することでその光路を制御するとも言える。本実施形態では、反射ミラー１２は、光学部に相当する。

本実施形態では反射面１５は、光軸４を基準とした回転対称な形状を有する。具体的には、反射面１５は、放物線の一部を切り出した曲線を光軸４を基準として回転した回転面を含む。回転面は、放物線の凹状である側（放物線の焦点側）が光を反射する側（反射面１５）となるように、また放物線の軸と光軸４とが異なるように構成される。なお図１Ｂでは、反射面１５の断面形状が直線を用いて模式的に図示されている。

出射部１１から上方に向けて放射状に出射された画像光５は、反射ミラー１２の反射面１５により、スクリーン部１３の全周に向けて放射状に反射される。反射面１５は、放物線形状の回転面であるため、反射された画像光５は、スクリーン部１３に対する入射角度θが略一定となる。ここで、入射角度θとは、例えば画像光５の入射方向と、入射面（スクリーン部１３の内面）における入射位置の法線方向との間の角度である。

このように、反射ミラー１２は、画像光５のスクリーン部１３に対する入射角度θを略一定に制御する。すなわち、反射ミラー１２により反射された画像光５は、スクリーン部１３に向けて略平行光として出射される。なお、放物線を用いて反射面１５を構成する場合に限定されず、例えば画像光５を略平行光として反射可能な自由曲面等が適宜用いられてよい。

反射ミラー１２を構成する材料として、アクリル等の樹脂、ガラス、金属等の任意の材料が用いられてよい。例えばこれらの材料に対して、表面粗さＲａ＜０．１μｍ程度となるような鏡面加工を材料表面に施すことにより反射ミラー１２が構成される。また反射面１５には、アルミや銀等の薄膜を用いた高反射率コーティングや、ＳｉＯ₂膜や重合膜等の薄膜を用いた保護コーティング等が施されてもよい。この他、反射ミラー１２の具体的な構成等は限定されない。

スクリーン部１３は、台座１０の上方に接続される。またスクリーン部１３の上方には、反射ミラー１２が接続される。従って、画像表示装置１００は、透明円筒スクリーンであるスクリーン部１３の天面に反射ミラー１２が配置され、円筒の中心に映像源となる出射部１１が配置された構成となる。図１Ｂに示すように、スクリーン部１３は、透明基材３０と、透明スクリーン４０とを有する。本実施形態では、スクリーン部１３は、表示部に相当する。

透明基材３０は、基準軸１を中心とする円筒形状であり、透明スクリーン４０を支持する支持部材として機能する。透明基材３０は、基準軸１に向けられた第１の面３１と、第１の面３１とは反対側の第２の面３２とを有する。

第１の面３１は、透明基材３０の内周面であり、基準軸１を中心軸とする内側に向けられた円柱面である。第２の面３２は、透明基材３０の外周面であり、基準軸１を中心軸とする外側に向けられた円柱面である。なお透明基材３０の一部にスリット等が設けられていてもよい。このように、透明基材３０は、曲面状の柱面を有する略筒状の形状である。本実施形態では、第１の面３１は、透明基材の内面に相当し、第２の面３２は、透明基材の外面に相当する。

透明基材３０の材質としては、例えばアクリルやポリカーボネートなどの透明な樹脂材料（プラスチック）等が用いられる。樹脂材料を用いることで、装置の軽量化を図ることが可能である。この他、透明基材３０の具体的な構成は限定されず、例えば透明基材３０として、可視光を透過可能な任意の樹脂材料や、ガラス材料等が適宜用いられてよい。また例えば、透過率が高く十分に透明な材料や、所定の透過率が設定された半透明な材料等を用いて透明基材３０が構成されてもよい。

透明スクリーン４０は、透明基材３０の第１の面３１に配置される。典型的には、透明基材３０の内面（第１の面３１）の全面にわたって、透明スクリーン４０が設けられる。透明スクリーン４０は、基準軸１を中心とする円筒形状であり、基準軸１に向けられた第３の面４１と、第３の面４１とは反対側の第４の面４２とを有する。

第３の面４１は、透明スクリーン４０の内周面であり、基準軸１を中心とする内側に向けられた円柱面である。第４の面４２は、透明スクリーン４０の外周面であり、基準軸１を中心とする外側に向けられた円柱面である。従って、透明スクリーン４０の第３の面４１及び第４の面４２は、曲面状の柱面となる。

透明スクリーン４０の第４の面４２は、透明基材３０の第１の面３１と接触する面である。すなわち、第４の面４２（あるいは第１の面３１）は、透明スクリーン４０と透明基材３０とが接触する界面となる。また透明スクリーン４０の第３の面４１（スクリーン部１３の内面）は、透明スクリーン４０と空気層との界面となる。なお、透明基材３０の第２の面３２（スクリーン部１３の外面）は、透明基材３０と空気層との界面となる。

透明スクリーン４０は、画像を表示するための光学機能を備える。具体的には、画像光５を拡散して出射する拡散機能を有する。また透明スクリーン４０は、透明性（光透過性）のある材料により構成される。従って、透明基材３０に透明スクリーン４０を設けることで、背景が透けて見えるスクリーン部１３が構成される。

具体的には、透明スクリーン４０は、回折光学素子を用いたスクリーンである。回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）とは、光を回折する光学素子である。回折光学素子としては、例えばホログラムに記録された干渉縞を用いて光を回折するホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Holographic Optical Element）が用いられる。従って透明スクリーン４０は、ＨＯＥを用いて構成されたＨＯＥスクリーンとなる。

ホログラムには、例えば所定の入射角度θで入射する参照光と、拡散板等を用いて生成された拡散光（物体光）との干渉縞が記録される。この結果、ホログラムに対して所定の入射角度θで入射する光は、干渉縞により選択的に回折されて拡散光として出射される。これにより、例えば所定の入射角度θの光を拡散し、その他の角度で入射する光を透過する透明スクリーン４０を構成することが可能である。

ホログラムとしては、例えばフォトポリマー（感光材料等）やＵＶ硬化樹脂等の材料を用いることが可能である。これらの材料に干渉縞を適宜記憶することで、所望とする光学的な機能を持ったホログラムを構成することが可能である。また干渉縞を記憶する方式としては、例えば材料内部の屈折率変化で干渉縞を作る体積型ホログラムや、材料表面の凹凸形状で干渉縞を作るレリーフ型ホログラム等が用いられる。

本実施形態では、透明スクリーン４０として、透過型ホログラム（透過型ＨＯＥ）用いたスクリーンが構成される。透過型ホログラムは、一方の面から入射する光の進行方向を制御して他方の面から出射するホログラムである。従って透明スクリーン４０は、画像光５を透過して拡散光６として出射する透過型スクリーンとなる。

透明スクリーン４０は、例えば天面（反射面１５）で反射された画像光５の入射角度θにのみ機能して、内側から入射した画像光５を円筒外側に向けて拡散するように構成される。すなわち、透明スクリーン４０の内側（第３の面４１）から入射角度θで入射した画像光５は、透明スクリーン４０の内部の干渉縞により選択的に回折されて、透明スクリーン４０の外側（第４の面４２）に向けて拡散光として出射される。

本実施形態では、上記した透明基材３０及び透明スクリーン４０により、ユーザ２に向けて画像を表示する表示用スクリーンがそれぞれ形成される。ここで表示用スクリーンとは、例えば画像光５が投射されることで形成される画像をユーザ２に向けて表示することが可能なスクリーンである。以下、表示用スクリーンについて具体的に説明する。

図２は、スクリーン部１３に入射した画像光５の光路の一例を示す模式図である。図２Ａは、ユーザ２から見てスクリーン部１３の後方側に入射した画像光５の光路の一例であり、図１Ｂに示す点線の領域３３ａの拡大図である。図２Ｂは、ユーザ２から見てスクリーン部１３の前方側に入射した画像光５の光路の一例であり、図１Ｂに示す点線の領域３３ｂの拡大図である。

図２Ａに示すように、後方側のスクリーン部１３に所定の入射角度θで、画像光５が入射するとする。画像光５は、スクリーン部１３の内面である透明スクリーン４０の第３の面４１に入射して、透明スクリーン４０内の干渉縞により回折される。回折された画像光５は、拡散光６として、透明スクリーン４０の第４の面４２から出射される。

なお、図２Ａでは、拡散光６となった画像光５が通過する１つの光路が一例として図示されている。実際には、干渉縞により回折された画像光５は、様々な方向に拡散して第４の面４２から透明基材３０に向けて進行することになる。

透明スクリーン４０により回折された画像光５（拡散光６）は、透明基材３０の第１の面３１から透明基材３０の内部に侵入する。例えば透明スクリーン４０の屈折率と透明基材３０の屈折率とは略同様の値（例えば１．５等）に設定される。このため、透明スクリーン４０と透明基材３０との界面（第４の面４２及び第１の面３１）では、画像光５の屈折や反射等はほとんど生じない。

第１の面３１から透明基材３０に入射した画像光５は、透明基材３０の外側の第２の面３２に進行する。上記したように、第２の面３２は、透明基材３０と空気層との界面である。このため、第２の面３２では、透明基材３０と空気層との屈折率の違いで起こる表面反射が生じる。すなわち第２の面３２は、画像光５を反射する反射面として機能する。

この結果、第２の面３２に入射した画像光５の一部は、スクリーン部１３の内側に向けて反射される。反射された画像光５は、透明スクリーン４０を通過して第３の面４１から出射される。すなわち、後方側のスクリーン部１３では、透明スクリーン４０で回折された拡散光６の一部が、ユーザ２が存在する前方側（図中の右側）に向けて出射されることになる。なお、第２の面３２に入射した画像光５の他の一部は、そのまま空気層に進行して後方側（図中の左側）に向けて出射される。

従って、スクリーン部１３の後方側では、透明基材３０の外面（第２の面３２）が反射面となり、出射部１１から後方側に向けて出射された画像光５ａにより構成される画像を、前方側に向けて表示する表示用スクリーンが形成される。以下では、後方側のスクリーン部１３に形成される表示用スクリーンを、後方スクリーン４３と記載する。

このように、本実施形態では、後方スクリーン４３は、透明基材３０の外面により形成される。例えば、図１Ｂに示すように、ユーザ２がＸ方向からスクリーン部１３を見ている場合、基準軸１を含むＹＺ平面方向に沿って切断されたスクリーン部１３の後方側に含まれ、半円柱面となる第２の面３２が後方スクリーン４３として機能する。

従って、ユーザ２から見てスクリーン部１３の後半分には、基準軸１を中心軸とする半円柱状の後方スクリーン４３が形成される。このように、スクリーン部１３は、基準軸１に沿って延在する曲面状の後方スクリーン４３を有する。本実施形態では、後方スクリーン４３は、第１のスクリーンに相当する。

図１Ｂには、透明スクリーン４０で拡散され、第２の面３２で反射された拡散光６が模式的に図示されている。この拡散光６は、後方スクリーン４３から出射された拡散光６であり、前方側のスクリーン部１３を透過してユーザ２に向けて進行する。この結果、ユーザ２は後方スクリーン４３に表示される画像（以下、後方画像と記載する）を視認することが可能となる。

なお、ユーザ２が移動した場合には、移動後のユーザ２の位置から見た、スクリーン部１３の後半分に後方スクリーン４３が形成される。すなわち、後方スクリーン４３は、基準軸１を中心軸とする円柱面に沿って配置される。

このように、後方スクリーン４３として表面反射を用いる場合には、反射面（透明基材３０の第２の面３２）に対して、表面反射の反射率を積極的に増加させる構造等が設けられてもよい。例えば、透明基材３０の第２の面３２に、誘電体単層膜や誘電体多層膜等を設けることで、第２の面３２での反射率を増大させることが可能である。これにより、後方スクリーン４３に表示される画像の明るさ等を向上することが可能となる。

図２Ｂに示すように、前方側のスクリーン部１３に所定の入射角度θで入射した画像光５は、スクリーン部１３の内面である透明スクリーン４０の第３の面４１に入射する。第３の面４１に入射した画像光５は、透明スクリーン４０内の干渉縞により回折され、拡散光６として、透明スクリーン４０の第４の面４２から出射される。透明スクリーン４０では、例えば第３の面４１は、拡散光６を出射して前方側に画像を表示する表示面となる。

透明スクリーン４０により回折された画像光５（拡散光６）は、透明基材３０の第１の面３１から透明基材３０の内部に侵入し、透明基材３０の外側の第２の面３２に進行する。第２の面３２に進行した画像光５の一部は、第２の面３２からユーザ２が存在する前方側（図中の右側）に向けてそのまま出射される。なお、第２の面３２に進行した画像光５の他の一部は、第２の面３２により後方側（図中の左側）に向けて反射される。

従って、スクリーン部１３の前方側では、透明スクリーン４０により拡散された拡散光６の一部がそのままユーザ２に向けて出射される。この結果、出射部１１から前方側に向けて出射された画像光５ａにより構成される画像を、前方側に向けて表示する表示用スクリーンが形成される。以下では、前方側のスクリーン部１３に形成される表示用スクリーンを、前方スクリーン４４と記載する。

このように、本実施形態では、前方スクリーン４４は、透過型の透明スクリーン４０により形成される。例えば、図１Ｂに示すように、ユーザ２がＸ方向からスクリーン部１３を見ている場合、基準軸１を含むＹＺ平面方向に沿って切断されたスクリーン部１３の前方側に含まれ、半円柱面となる第３の面４１が前方スクリーン４４として機能する。

従って、後方スクリーン４３の前方には、スクリーン部１３の内側の円柱状の空間を挟んで半円柱状の前方スクリーン４４が形成される。このように、スクリーン部１３は、後方スクリーン４３の前方に間隙を空けて配置され、透明性を有する曲面状の前方スクリーン４４を有する。本実施形態では、前方スクリーン４４は、第２のスクリーンに相当する。

図１Ｂには、前方側の透明スクリーン４０で拡散された拡散光６が模式的に図示されている。この拡散光６は、前方スクリーン４４から出射された拡散光６であり、画像表示装置１００の前面からそのままユーザ２に向けて進行する。この結果、ユーザ２は前方スクリーン４４に表示される画像（以下、前方画像と記載する）を視認することが可能となる。

なお、ユーザ２が移動した場合には、移動後のユーザ２の位置から見た、スクリーン部１３の前半分に前方スクリーン４４が形成される。すなわち、前方スクリーン４４は、基準軸１を中心軸とする円柱面に沿って配置される。

このように、スクリーン部１３は、曲率を持つ２つの表示用スクリーン（後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４）を備える。後方スクリーン４３は、円筒形状のスクリーン部１３において、相対的に外側に位置する反射面（第２の面３２）により形成される。また前方スクリーン４４は、円筒形状のスクリーン部１３において、相対的に内側に位置する透過型の透明スクリーン４０により形成される。

各表示用スクリーンには、出射部１１から出射された画像光５が投射される。すなわち、単一の投射源（出射部１１）を用いて、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４の両方に画像が投射される。後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４に適切な画像を表示することでユーザ２の観察位置からみたときに奥行き感のある画像表示を実現することが可能である。この点については、後に詳しく説明する。

また出射部１１及び反射ミラー１２等の光学系は、スクリーン部１３の基準軸１上に配置される。図１Ｂにしめすように、基準軸１は、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４の間の間隙を通る。このように、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４の間の基準軸１の周りに光学系を構築することで、例えば光学系がシンプルになり装置の小型化等を実現することが可能である。

検出カメラ１４は、ユーザ２の観察位置Ｐを検出するためのカメラであり、画像表示装置１００を視聴するための視聴範囲の全体を撮影可能なように、位置や画角が設定されている。本実施形態では、円筒形状のスクリーン部１３の周りの全方位が視聴範囲となり、その中でユーザ２は、移動しながら画像を視聴することが可能である。検出カメラ１４は、視聴範囲内の任意の位置にあるユーザ２の顔を撮影可能である。

図１Ａ及び図１Ｂには、反射ミラー１２の上部に、円筒形状のスクリーン部１３外側に向けて配置された複数の検出カメラ１４が模式的に図示されている。検出カメラ１４が設置される位置や台数等は限定されない。例えば台座１０に検出カメラ１４が設置されてもよいし、画像表示装置１００の外側に検出カメラ１４が設置されてもよい。

検出カメラ１４としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等のイメージセンサを備えるデジタルカメラが用いられる。また、例えば赤外線ＬＥＤ等の赤外線照明を搭載した赤外線カメラが用いられてもよい。

図３は、画像表示装置１００の機能的な構成例を示すブロック図である。画像表示装置１００は、さらに、記憶部２０と、コントローラ２１とを有する。

記憶部２０は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）等が用いられる。記憶部２０には、画像表示装置１００の全体の動作を制御するための制御プログラム２２が記憶される。また記憶部２０には、画像表示を行うための表示用データ２３が記憶される。制御プログラム２２及び表示用データ２３等を、画像表示装置１００にインストールする方法は限定されない。

コントローラ２１は、画像表示装置１００が有する各ブロックの動作を制御する。コントローラ２１は、例えばＣＰＵやメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等のコンピュータに必要なハードウェア構成を有する。ＣＰＵが記憶部２０に記憶されている制御プログラム２２をＲＡＭにロードして実行することにより、種々の処理が実行される。

コントローラ２１として、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated
Circuit）等のデバイスが用いられてもよい。

本実施形態では、コントローラ２１のＣＰＵが本実施形態に係るプログラムを実行することで、機能ブロックとして検出処理部２４、及び表示制御部２５が実現される。なお各機能ブロックを実現するために、ＩＣ（集積回路）等の専用のハードウェアが適宜用いられてもよい。

検出処理部２４は、検出カメラ１４により撮影された画像に基づいて、ユーザ２の観察位置Ｐを検出する。ユーザ２の観察位置Ｐとしては、例えばユーザ２の視点の位置が検出される。検出処理部２４は、例えばユーザ２の視点が存在する方位や、ユーザ２の視点までの距離、視点の高さ等を検出する。なお、観察位置Ｐとして視点の位置（方位、距離、高さ等）を検出する場合に限定されず、例えばユーザ２自身の位置の方位や距離等が検出されてもよい。

ユーザ２の画像から観察位置Ｐを検出する方法は限定されず、任意の顔認識技術や画像解析技術等が用いられてよい。またＤＮＮ（Deep Neural Network：深層ニューラルネットワーク）を用いた機械学習アルゴリズム等を用いて、観察位置Ｐが検出されてもよい。

このように、画像表示装置１００には、観察者（ユーザ２）の位置を検出する機能が備わっている。本実施形態では、検出カメラ１４及び検出処理部２４により、観察者の観察位置を検出する検出部が実現される。

表示制御部２５は、スクリーン部１３に表示される画像を生成する。具体的には、スクリーン部１３に表示される画像を含む画像データを生成する。また表示制御部２５は、例えば画像データ内での画像の位置、サイズ、輝度等の表示パラメータを調節して、スクリーン部１３における画像の表示制御を実行する。

本実施形態では、表示制御部２５は、後方画像３４と、後方画像３４の前方に重畳される前方画像３５とを生成する（図４等参照）。後方画像３４は、後方スクリーン４３に表示される画像である。また前方画像３５は、前方スクリーン４４に表示される画像である。すなわち、表示制御部２５では、ユーザ２から見て、前方側及び後方側に表示される２種類の画像が生成される。本実施形態では、後方画像３４は、第１の画像に相当し、前方画像３５は、第２の画像に相当する。

例えば、表示制御部２５は、後方画像３４と前方画像３５とを含む画像データを生成する。後方画像３４及び前方画像３５は、例えば記憶部２０に記憶された表示用データ２３等に基づいて生成される。あるいは、図示しない通信部等を介して、画像表示装置１００の外部から表示用データが読み込まれてもよい。

また画像データを生成する際、画像データ内での後方画像３４及び前方画像３５の表示パラメータ（位置、サイズ、輝度等）が適宜調節される。これにより、表示制御部２５は、後方画像３４及び前方画像３５の表示を制御することが可能となる。後方画像３４及び前方画像３５及び、これらの表示を制御する方法等については、後に詳しく説明する。

［画像表示装置の基本動作］
以下では、図１Ｂに示す光路を参照して、画像表示装置１００の基本的な動作について説明する。まず、表示制御部２５により、後方画像３４及び前方画像３５を含む画像データが生成される。生成された画像データは、コントローラ２１から出射部１１に出力される。

出射部１１により、基準軸１上の領域から後方画像３４及び後方画像３４に重畳される前方画像３５を表示する画像光５が出射される。図１Ｂに示す例では、画像表示装置１００の後方側に出射される画像光５ａが、後方画像３４を表示する画像光５となる。また画像表示装置１００の前方側に出射される画像光５ｂが、前方画像３５を表示する画像光５となる。

出射部１１から出射された画像光５は、反射ミラー１２の反射面１５により反射され、略平行光として出射される。略平行光となった画像光５は、スクリーン部１３の内面（透明スクリーン４０の第３の面４１）に略一定の入射角度θで入射する。これにより、透明スクリーン４０では、高い回折効率で画像光５を拡散することが可能となる。この結果、例えば、輝度むら等が抑制された明るい画像等を表示することが可能となる。

図１Ｂに示すように、後方側に出射された画像光５ａは、反射ミラー１２により反射されて、後方スクリーン４３（透明基材３０の外側の第２の面３２）に入射する。また前方側に出射された画像光５ｂは、反射ミラー１２により反射されて、前方スクリーン４４（透明スクリーン４０の外側の第３の面４１）に入射する。

すなわち、反射ミラー１２は、出射部１１から出射された画像光５を反射して、後方スクリーン４３に後方画像３４を投射し、前方スクリーン４４に前方画像３５を投射する。このように、反射ミラー１２を用いることで画像光５の光路を容易に制御することが可能となる。

また反射ミラー１２により反射された画像光５は、スクリーン部１３の内側から各スクリーンに入射する。すなわち、反射ミラー１２は、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４の間の間隙を通る光路に沿って、前方画像３５及び後方画像３４を投射する。これにより、画像光５の光路を画像表示装置１００の内側に収めることが可能となる。この結果、装置構成をシンプルにするとともに、装置サイズを小さくすることが可能となる。

このように、画像表示装置１００では、出射部１１及び反射ミラー１２により、後方スクリーン４３に後方画像３４が投射され、前方スクリーン４４に前方画像３５が投射される。本実施形態では、出射部１１及び反射ミラー１２により、投射部が実現される。

後方スクリーン４３では、透明スクリーン４０により拡散された画像光５が、透明基材３０と空気層との界面により反射される（図２Ａ参照）。すなわち、後方スクリーン４３は、後方画像３４を表示する画像光５を拡散反射するとも言える。この結果、画像表示装置１００の前方側に向けて後方画像３４が表示される。

また前方スクリーン４４では、透明スクリーン４０により拡散された画像光５が、透明基材３０を透過してそのまま出射される（図２Ａ参照）。すなわち、前方スクリーン４４は、前方画像３５を表示する画像光５を拡散透過するとも言える。この結果、画像表示装置１００の前方側に向けて、後方画像３４と重なるように前方画像３５が表示される。

図４は、画像表示装置１００の表示例を示す模式図である。図４には、スクリーン部１３に構成される前方スクリーン４４と、後方スクリーン４３とがそれぞれ模式的に図示されている。

図４に示す表示例では、前方画像３５は主画像３６であり、後方画像３４は、副画像３７である。ここで主画像３６とは、例えば画像表示においてメインコンテンツを表示する画像であり、主として表示したい人物、キャラクター、パッケージ等の主表示物３８の画像である。

また副画像３７とは、主画像３６に付随して表示される画像であり、例えば主画像３６として表示される主表示物３８の影や背景等の副表示物３９を表示する画像である。なお上記した例は、あくまで一例であり、コンテンツの種類等に応じて、主画像３６及び副画像３７が適宜設定されてよい。

図４では、前方画像３５として、人物を表示する主画像３６が表示される。この場合、人物は主として表示される主表示物３８である。すなわち、前方画像３５は、主表示物３８を表示する主画像３６となる。この主表示物３８である人物が、ユーザ２から見て前方側の前方スクリーン４４に表示される。

また後方画像３４として、花柄のパターンで構成された副画像３７が表示される。この場合、花柄のパターンは、主表示物３８である人物の背景となる副表示物３９である。すなわち、後方画像３４は、主表示物３８の背景を含む副表示物３９を表示する副画像３７となる。この副表示物３９である花柄のパターンが、ユーザ２から見て後方側の後方スクリーン４３に表示される。

例えばスクリーン部１３には、花柄のパターン（副表示物３９）の前方に人物（主表示物３８）が重畳された画像が表示される。すなわち、スクリーン部１３の前面には、主要な画像が表示され、背面には背景となる画像が表示される。このように、前方スクリーン４４及び後方スクリーン４３の２面に画像を同時に表示することで、前面と背面の奥行の違いから得られる運動視差によって立体感や奥行感のある画像表示を行うことが可能となる。これにより、優れた視覚効果を発揮することが可能となる。

また例えば、主表示物３８の背景に代えて、主表示物３８の影を表示する副画像３７等が表示されてもよい。この場合、主表示物３８の影が副表示物３９となり、後方画像３４は、主表示物３８の影を含む副表示物３９を表示する副画像３７となる。例えば、前方スクリーン４４に人物が表示された状態で、後方スクリーン４３に人物の影が表示される。これにより、前面と背面の奥行の違いによる運動視差を認識しやすくなり、奥行感等が強調された画像表示を行うことが可能となる。もちろん、影と背景との両方を含む副画像３７が表示されてもよい。

本実施形態では、表示制御部２５により、主画像３６の表示状態に応じて、副画像３７の表示パラメータが制御される。ここで主画像３６の表示状態とは、例えば主画像３６を表示する場合の輝度、解像度、彩度等の状態である。主画像３６の表示状態は、例えば主画像３６の種類や、コンテンツの進行状況等に応じて変化することがあり得る。このような、表示状態の変化に合わせて、副画像３７の表示パラメータが適宜制御される。

例えば、前面に表示する主画像３６の背面に、明るい副画像３７や、鮮明な副画像３７等が表示されると前面に表示する主画像３６が妨げられる場合があり得る。このため、例えば背面に表示する副画像３７を目立たなくすることで、前面に表示する主画像３６を目立たせることが可能となる。別の観点では、主画像３６の表示状態に応じて、副画像３７の明るさ等を変化させることで、主画像３６の表示品位を維持し、質の高い画像表示が可能となる。

副画像３７の表示パラメータは、副画像３７の輝度、解像度、彩度を含む。例えば、図４に示すように、前方画像３５が主画像３６であり、後方画像３４が副画像３７であるとする。例えば、主画像３６の背後に表示される副画像３７の輝度が相対的に暗くなるように設定される。これにより、主画像３６を明るく表示することが可能となり、メインコンテンツを強調することが可能である。

また例えば、副画像３７の解像度が相対的に低くなるように設定される。これにより、詳細な主画像３６の背後に、荒い副画像３７を表示するといったことが可能となる。この結果、主画像３６を鮮明に表示しつつ、副画像３７をぼかすことで遠近感を演出することが可能である。

また例えば、副画像３７の彩度が相対的に低くなるように設定される。これにより、主画像３６のカラー表示を強調する一方で、副画像３７の彩度を抑えることが可能である。この結果、主画像３６を鮮やかに表示しつつ、副画像３７を目立たなくするといったことが可能となる。

このように、本実施形態では、互いに異なる２つの画像（主画像３６及び副画像３７）を表示して、主画像３６の画像品位を損なわないように副画像３７の表示が制御される。これにより、奥行感があり、視認性に優れたメインコンテンツを表示するといったことが可能となる。

なお、上記した例に限定されず、例えば主画像３６や副画像３７の表示パラメータが適宜調整されてよい。例えば主画像３６を強調したくない場合等には副画像３７の輝度を明るくする、あるいは主画像３６の輝度を低くするといった処理が実行される。この他、所望の表示が可能となるように、各表示パラメータが適宜制御されてよい。

また本実施形態では、表示制御部２５により、主表示物３８についての運動視差が得られるように、副表示物３９のサイズ及び表示速度が制御される。これにより、奥行感や立体感が強調された画像表示を実現することが可能である。

例えば前方スクリーン４４に主表示物３８が表示され、後方スクリーン４３に背景や影等の副表示物３９が表示されているとする。この場合、例えば前面の主表示物３８に対して、背面の副表示物３９のサイズを小さくすることで、遠近感を強調することが可能となり、運動視差を認識しやすくすることが可能である。

また例えば、アニメーション等の動画像を用いて主表示物３８や副表示物３９を表示することも可能である。この場合、前面の主表示物３８に対して、背面の副表示物３９の移動速度を小さく設定することで、遠近感を強調することが可能となり、運動視差を認識しやすくすることが可能である。

このように、奥行の違いから起こる運動視差による立体感の効果を上げるために、副表示物３９のサイズや移動速度が調整される。これにより、ユーザ２は主表示物３８についての運動視差を容易に認識することが可能となり、画像表示の奥行感や立体感等を向上することが可能となる。

なお、図４に示す例とは反対に、前方画像３５が副画像３７となり、後方画像３４が主画像３６となるような画像表示が実行されてもよい。この場合、例えば前面に表示された背景の奥に、人物等を表示するといったことが可能となる。このように、人物等の主表示物３８を手前の遮蔽物（背景等）で遮ることで、立体感や奥行感を表現することが可能である。例えばこのような画像表示が行われてもよい。

図５は、図４においてユーザ２の観察位置が移動した場合を示す模式図である。図５Ａ及び図５Ｂには、スクリーン部１３をＸＹ平面方向に沿って切断した断面が模式的に図示されている。また図５Ａ及び図５Ｂには、ユーザ２から見てスクリーン部１３の前方側と後方側との境界となる境界面２６が、黒い点線を用いて模式的に図示されている。

本実施形態では、表示制御部２５により、ユーザ２の観察位置Ｐに応じて、前方画像３５及び後方画像３４の表示が制御される。具体的には、ユーザ２の観察位置Ｐに応じて、前方画像３５及び後方画像３４の表示位置（投射位置）が制御される。各画像の表示位置は、例えば出射部１１に出力される画像データにおける前方画像３５及び後方画像３４の位置を適宜変更することで制御可能である。

後方画像３４の表示位置は、観察位置Ｐから見て、後方スクリーン４３となる位置に投射されるように制御される。また前方画像３５の表示位置は、観察位置Ｐから見て、前方スクリーン４４となる位置に投射されるように制御される。なお、後方画像３４と前方画像３５との相対的な位置関係は維持される。

すなわち、表示制御部２５は、観察位置Ｐに連動して、後方画像３４と前方画像３５との相対的な位置関係が変わらないように、後方画像３４と前方画像３５との表示位置を制御する。この結果、ユーザ２が移動した場合であっても、ユーザ２は移動前と同様の画像を視聴することが可能となる。

例えば図５Ａでは、ユーザ２は、Ｘ方向からスクリーン部１３を見ている。この観察位置Ｐ１の方位は、例えば図１Ｂに示すユーザ２の観察位置Ｐと同じ方位である。この場合、スクリーン部１３の前方側と後方側との境界面２６は、基準軸１を含むＹＺ平面となる。また境界面２６の後方側（図中の左側）には、半円筒形状の後方スクリーン４３が形成され、前方側（図中の右側）には、半円筒形状の前方スクリーン４４が形成される。図５Ａでは、後方スクリーン４３が薄いグレーの領域で模式的に図示されており、前方スクリーン４４が濃いグレーの領域で模式的に図示されている。

表示制御部２５は、観察位置Ｐ１から見える後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４に、後方画像３４及び前方画像３５がそれぞれ表示されるように、画像データを生成する。図５Ａには、後方スクリーン４３に表示される後方画像３４、及び前方スクリーン４４に表示される前方画像３５が、白い点線を用いて模式的に図示されている。

図５Ｂでは、ユーザ２は、図５Ａに示す状態から基準軸１を中心とする周方向に回転した観察位置Ｐ２から、スクリーン部１３を見ている。移動後の境界面２６は、例えば移動前の境界面２６を、基準軸１を中心に観察位置Ｐの方位の変化量（回転量）と同じ角度で回転させた面となる。この境界面２６を挟んで後方側に後方スクリーン４３が形成され、前方側に前方スクリーン４４が形成される。

表示制御部２５は、観察位置Ｐ２から見える後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４に、後方画像３４及び前方画像３５がそれぞれ表示されるように、画像データを生成する。これにより、ユーザ２は、観察位置Ｐ１で見ていた画像と同様の画像を視認することが可能である。

このように、ユーザ２の位置を検出する機能によって観察位置Ｐを検出し、それに応じて表示画像の位置が変化される。これにより、画像表示装置１００の全周にわたって、奥行感のある画像を表示することが可能となる。この結果、画像表示装置１００が画像を適正に表示することが可能な角度範囲（視野角）を大幅に広げることが可能となる。この結果、奥行感のある画像表示を十分に広い視野角で実現することが可能となる。

図６は、画像表示装置１００の他の表示例を示す模式図である。図６には、平面的な画像を用いて立体視を実現するＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｕｓｅｄ−３Ｄ）表示の一例が模式的に図示されている。ＤＦＤとは、奥行を提示することで立体視を実現する方法である。

ＤＦＤ表示では、ユーザ２の視野内に、透明な２つの平面画像（２Ｄ映像等）を前後に重ねて配置する。具体的には、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４の２つの面に主表示物３８（表示対象物）のユーザ２の視線方向から射影した２次元像を表示する。図６に示す例では、立体視の対象となる主表示物３８としてティーポットが図示されている。

本実施形態では、表示制御部２５により、後方画像３４として、観察位置Ｐから後方スクリーンへの主表示物３８の射影画像が生成される。また前方画像３５として、観察位置Ｐから前方スクリーンへの主表示物３８の射影画像が生成される。表示制御部２５は、例えば表示用データ２３として記憶されたティーポットの情報に基づいて、観察位置Ｐに応じて前方画像３５及び後方画像３４を生成する。

このように、ＤＦＤ表示では、前方画像３５及び後方画像３４は、ともに主表示物を表示する画像である。なお、図６では、前方画像３５及び後方画像３４が点線の枠を用いて模式的に図示されている。実際には、各スクリーンに投射されたティーポット（主表示物３８）の画像が表示される。

前方画像３５及び後方画像３４は、それぞれの輝度が、主表示物３８の奥行情報に合わせて適宜設定される。これにより、ユーザ２は、前面に表示された前方画像３５と、背面に表示された後方画像３４とを視認する際に、各画像を２つの画像としてではなく、奥行方向に融合した１つの像として認識（錯視）することがある。すなわち表示された画像が立体視として知覚される。これにより、主表示物３８の３次元立体像を再現することが可能である。

図７は、ＤＦＤ表示について説明するための模式図である。図７は、ＸＹ平面方向に沿って切断されたスクリーン部１３の断面であり、スクリーン部１３の中央には、主表示物３８（ティーポット）の立体像４５の断面が点線の円を用いて模式的に図示されている。なお、実際に視覚されるのは、立体像４５の前方側の面である。

本実施形態では、表示制御部２５により、主表示物３８の奥行情報が取得され、奥行情報に基づいて、後方画像３４及び前方画像３５の輝度が制御される。奥行情報は、例えば主表示物３８の表面の３次元形状を表すデータであり、例えば表示用データとして記録される。奥行情報としては、例えば実際の物体を測定した点群データや、３次元的なＣＧ（Computer Graphics）データ等が適宜用いられる。

例えば、主表示物３８の奥行情報に合わせて前面（前方画像３５）、背面（後方画像３４）の輝度が、ユーザ２から見た立体像の輝度が一定になるように制御される。例えば、立体像４５の表面が前面（前方スクリーン４４）に近いポイントでは、前方画像３５の輝度を高く設定し、後方画像３４の輝度を低く設定する。また立体像４５の表面が背面（後方スクリーン４３）に近いポイントでは、前方画像３５の輝度を低く設定し、後方画像３４の輝度を高く設定する。

本発明者は、ＤＦＤ表示により表示される立体像４５についての実験により、主表示物３８の奥行情報と、前方画像３５及び後方画像３４との輝度比率の関係が、略線形（リニア）な関係となることを見出した。すなわち、前面と背面に表示する前方画像３５及び後方画像３４の輝度を同じにした場合、おおよそ前方スクリーン４４と後方スクリーン４３との中央に主表示物３８の立体像４５が存在しているように認識される。

図７には、後方画像３４上のポイント４６ａ〜４６ｃと、前方画像３５上のポイント４６ａ'〜４６ｂ'が示されている。ポイント４６ａ及び４６ａ'はともに、ユーザ２から見て右側（図中の上側）の主表示物３８の端を表すポイントである。またポイント４６ｂ及び４６ｂ'はともに、ユーザ２から見て中央に表示される主表示物３８の表面を表すポイントである。またポイント４６ｃ及び４６ｃ'はともに、ユーザ２から見て左側（図中の下側）の主表示物３８の端を表すポイントである。

例えば、主表示物３８の左右の端は、前方スクリーン４４と後方スクリーン４３との略中央（例えば境界面２６）に表示される。従って、後方画像３４のポイント４６ａと、前方画像３５のポイント４６ａ'とには、同じ明るさの輝度が設定される。この場合、ポイント４６ａ及び４６ａ'の輝度比率は、５０％：５０％である。同様に、ポイント４６ｃ及び４６ｃ'の輝度比率も５０％：５０％に設定される。

また例えば、主表示物３８の中央部分は、前方側に突出した表面となる。この場合、前方側に突出する割合（距離）に応じて、後方画像３４のポイント４６ｂの輝度が低く、前方画像３５のポイント４６ｂ'の輝度が高く設定される。例えば、ポイント４６ｂ及び４６ｂ'の輝度比率は、４０％：６０％に設定される。もちろん、主表示物３８の表面の位置に応じて、輝度比率は適宜設定される。

なお、後述するように、表示制御部２５では、スクリーン部１３や反射ミラー１２の特性等に応じて、前方画像３５及び後方画像３４の輝度が適宜補正される。従って、実際に生成される画像データは、各部の特性に応じて輝度が補正された前方画像３５及び後方画像３４を含むデータとなる。

図８は、ＤＦＤ表示の画像データの一例を示す画像である。画像データ４７は、例えば出射部１１に出力されるデータであり、この画像データ４７に基づいて画像光５が生成される。図８の左側の画像は、後方スクリーン４３に投射される後方画像３４であり、右側の画像は、前方スクリーン４４に投射される前方画像３５である。なお黒色の領域は、画像光５がほとんど出射されない領域である。

後方画像３４は、後方スクリーン４３（透明基材３０の第２の面３２）での表面反射の反射率に合わせて、輝度が補正されている。すなわち、後方スクリーン４３を透過してスクリーン部１３の後方側に出射される画像光５が存在するため、その分を補正した輝度となっている。また後方画像３４は、ユーザ２から見て凹面となる後方スクリーン４３に表示されるため、凹面の円筒形状に合わせた形状補正が施されている。

前方画像３５は、後方画像３４よりもユーザ２に近い面（前方スクリーン４４）に射影された画像であり、後方画像３４に比べ小さい画像となる。また前方画像３５は、ユーザ２から見て凸面となる前方スクリーン４４に表示されるため、凸面の円筒形状に合わせた補正処理が施されている。

このように、前方画像３５及び後方画像３４の輝度や形状等が、スクリーン部１３等の特性に応じて適宜補正される。なお、補正前の前方画像３５及び後方画像３４の輝度は、図７を参照して説明した方法等を用いて設定される。これにより、画像表示装置１００の特性に合わせて、高精度な立体視を実現することが可能となる。

図９は、ＤＦＤ表示おいてユーザの視点位置が移動した場合を示す模式図である。図９Ａ及び図９Ｂには、スクリーン部１３の内側に表示される主表示物３８（ティーポット）の立体像が模式的に図示されている。なお図９Ａでは、ユーザ２はＸ方向に沿ってスクリーン部１３を見ている。また図９Ｂでは、図９Ａに示す状態からユーザ２の観察位置Ｐが周方向に沿って回転している。

ＤＦＤ表示が行われる場合、表示制御部２５は、ユーザ２の観察位置Ｐに応じて、前方画像３５及び後方画像３４の表示を制御する。例えば、図９Ｂに示すように、ユーザ２の観察位置Ｐが周方向に沿って回転したとする。この場合、例えば移動後の観察位置Ｐから、主表示物３８を改めて前方スクリーン４４及び後方スクリーン４３に射影した前方画像３５及び後方画像３４がそれぞれ生成される。

この射影処理は、主表示物３８の立体像４５が画像表示装置１００の座標系に固定された状態となるように実行される。すなわち、移動後の射影処理は、例えばスクリーン部１３の内部に固定された主表示物３８を移動後の観察位置Ｐから射影する処理となる。この結果、移動後の立体像４５は、移動前とは異なる方向から見た場合の主表示物３８を表示する像となる。

これにより、例えばユーザ２は、スクリーン部１３の周りを一周することで、スクリーン部１３の内部に固定された主表示物３８の立体像を３６０°の全方位から観察することが可能となる。なお、主表示物３８の立体像４５が固定されるように射影処理を行う場合に限定されない。例えばユーザ２の観察位置Ｐの方位に連動するように、前方画像３５及び後方画像３４の表示位置を変更して、方位に係らず同じ立体像４５が見えるようにすることも可能である（図５参照）。

またユーザ２の観察位置Ｐが、スクリーン部１３から離れた場合等には、前方画像３５及び後方画像３４のサイズが、観察位置Ｐとスクリーン部１３（基準軸１等）との距離に応じて調整される。具体的には、移動後の観察位置Ｐから前方スクリーン４４（後方スクリーン４３）に主表示物３８が射影された射影画像となるように、前方画像３５（後方画像３４）のサイズが制御される。これにより、観察位置Ｐに係らず、立体像４５を精度よく表示することが可能となる。

このように、ユーザ２の観察位置Ｐを検出する機構を付加することで、３次元立体像の認知がより明確になる。ＤＦＤ表示では、ユーザ２の視線方向から射影した主表示物３８の２次元像が前方スクリーン４４及び後方スクリーン４３に表示されるため、立体像４５を適正に視認することが可能な範囲が限られる場合がある。

本実施形態では、ユーザ２が動いたときに、その動きに合わせて射影画像（前方画像３５及び後方画像３４）を表示する曲面上の位置と、射影画像とを適宜変更することで、主表示物３８があたかも円筒内に実在するかのように表現することが可能となる。これにより、例えば全方位から主表示物３８を観察することが可能な立体視が実現され、優れた視覚効果を発揮することが可能となる。

以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、基準軸１に沿って曲面状の後方スクリーン４３が配置される。後方スクリーン４３の前方には、透明性を持った曲面状の前方スクリーン４４が間隙を空けて配置される。また後方画像３４とそれに重畳される前方画像３５とを表示する画像光５が基準軸１上の領域から出射され、後方スクリーン４３及び前方スクリーン４４に後方画像３４及び前方画像３５がそれぞれ投射される。これにより、２つの曲面上に画像が重畳して表示され、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。

奥行感のある画像表示を行う方法として、平面状の透明なスクリーンを用いる方法が考えられる。例えば複数の透明なスクリーンを平行に配置し、各スクリーンに画像を表示することで、奥行感のある画像表示が可能である。一方で、この方法では、スクリーンが平面状であるため、例えばＤＦＤ等の立体視を広い方位で視覚することが難しい場合がある。またスクリーンを透明にするためには拡散角を広くすることができず、そのため視聴位置が限定される可能性がある。

本実施形態では、円筒形状の後方スクリーン４３と前方スクリーン４４とが用いられる。これにより、後方画像３４に前方画像３５を重畳して奥行感のある立体的な画像表示を実現することが可能となる。また各スクリーンは円筒面に沿って配置されるため、広い角度範囲で、奥行感のある画像を表示することが可能となり、広い視野角を実現することが可能となる。

また本実施形態では、ユーザ２の観察位置Ｐが検出され、観察位置Ｐに応じて、後方画像３４及び前方画像３５の表示が制御される。この結果、例えば円筒形状のスクリーン部１３の全周にわたって、奥行感や立体感のある画像を表示することが可能となり、視野角を十分に広げることが可能となる。

例えばＤＦＤ表示等の観察位置Ｐに合わせた立体表示が行われる場合であっても、ユーザ２の観察位置Ｐに係らず、立体像を全周にわたって適正に表示することが可能である。このように、３次元表示をすることで２次元画像にはない実在感、浮遊感等の優れた視覚効果を発揮することが可能となる。

また本実施形態では、円筒形状のスクリーン部１３の内部に、基準軸１に沿って出射部１１や反射ミラー１２等の光学系が配置される。これにより、装置の小型化を図ることが可能となる。また装置構成をシンプルにすることが可能である。例えば、複数台のプロジェクタ等を用いて複数のスクリーンに画像を投射するといった構成に比べて、光学系の調整が大幅に簡略化され、メンテナンス等を容易に行うことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の画像表示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。

図１０は、第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。図１０Ａは、画像表示装置２００の模式的な断面図である。画像表示装置２００は、透明円筒スクリーンとなるスクリーン部２１３を有する。スクリーン部２１３は、円筒形状の柱面を有する筒状の透明基材２３０と、透明基材２３０の外面に配置される透明スクリーン２４０とを有する。

透明基材２３０は、内周面となる第１の面２３１、及び外周面となる第２の面２３２を有する。透明スクリーン２４０は、内周面となる第３の面２４１、及び外周面となる第４の面２４２を有する。また透明スクリーン２４０は、第３の面２４１が、透明基材２３０の第２の面２３２に接するように、透明基材２３０の外側に配置される。

透明スクリーン２４０として、反射型ホログラム（反射型ＨＯＥ）用いたスクリーンが構成される。反射型ＨＯＥは、所定の入射角度θで入射する光を反射拡散する機能を備える。従って透明スクリーン２４０の第３の面２４１に入射した画像光５は、透明スクリーン２４０内の干渉縞により回折され、拡散光６として第３の面２４１から出射される。

図１０Ｂは、ユーザ２から見てスクリーン部２１３の後方側（図中の左側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１０Ａに示す点線の領域２３３ａの拡大図である。スクリーン部２１３の後方側に出射された画像光５は、透明基材２３０の内側の第１の面２３１に入射し、外側の第２の面２３２を通過して透明スクリーン２４０の第３の面２４１に入射する。

第３の面２４１に入射した画像光５は、第４の面２４２に進行する間に、干渉縞による回折を受けて第３の面２４１から拡散光６として出射される。拡散光６の一部は、透明基材２３０を透過してユーザ２に向けて進行する。この結果、例えば第４の面２４２には、ユーザ２に向けて画像を表示する後方スクリーン２４３が形成される。

図１０Ｃは、ユーザ２から見てスクリーン部２１３の前方側（図中の右側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１０Ａに示す点線の領域２３３ｂの拡大図である。スクリーン部２１３の前方側に出射された画像光５は、透明スクリーン２４０の内側の第１の面２３１に入射し、外側の第２の面２３２を通過して透明スクリーン２４０の第３の面２４１に入射する。

第３の面２４１に入射した画像光５は、拡散光６として第３の面２４１から後方側に向けて出射される。後方側に向かう拡散光６の一部は、透明基材２３０と空気層との界面である第１の面２３１で反射され、前方側に向けて出射される。すなわち、第１の面２３１は、拡散光６を反射する反射面となる。

第１の面２３１で反射された拡散光６は、透明基材２３０及び透明スクリーン２４０を通過して、ユーザに向けて進行する。このように、本実施形態では、スクリーン部２１３の内面の透明基材２３０と空気層の屈折率の違いで起こる表面反射を用いて、スクリーン部２１３の外側に画像光５（拡散光６）が反射される。この結果、第１の面２３１には、ユーザ２に向けて画像を表示する前方スクリーン２４４が形成される。

このように、本実施形態では、透明スクリーン２４０は、透明基材２３０の外面に配置された反射型スクリーンである。この場合、後方スクリーン２４３は、反射型スクリーン（透明スクリーン２４０）に形成され、前方スクリーン２４４は、透明基材２３０の内面（第１の面２３１）に形成される。すなわち後方スクリーン２４３は、スクリーン部２１３の相対的に外側に位置する反射型の透明スクリーンであり、前方スクリーン２４４は、相対的に内側に位置する反射面である。

反射型の透明スクリーン２４０が透明基材２３０の外面に配置される場合であっても、半円筒形状の後方スクリーン２４３と前方スクリーン２４４とがそれぞれ構成される。これにより、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。図１１Ａは、画像表示装置３００の模式的な断面図である。画像表示装置３００は、透明円筒スクリーンとなるスクリーン部３１３を有する。スクリーン部３１３は、円筒形状の柱面を有する筒状の透明基材３３０と、透明基材３３０の外面に配置される透明スクリーン３４０とを有する。本実施形態では、透明スクリーン３４０は、透過型スクリーンである。

図１１Ｂは、ユーザ２から見てスクリーン部３１３の後方側（図中の左側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１１Ａに示す点線の領域３３３ａの拡大図である。スクリーン部３１３の後方側に出射された画像光５は、透明基材３３０の内側の第１の面３３１に入射し、外側の第２の面３３２を通過して透明スクリーン３４０の内側の第３の面３４１に入射する。

第３の面３４１に入射した画像光５は、干渉縞による回折を受けて拡散光６となり、透明スクリーン３４０の外側の第４の面３４２に向けて進行する。拡散光６の一部は、透明スクリーン３４０と空気層との界面である第４の面３４２で反射され、前方側に向けて出射される。すなわち、第４の面３４２は、拡散光６を反射する反射面となる。反射された拡散光６は、透明基材３３０を透過してユーザ２に向けて進行する。この結果、第４の面３４２には、ユーザ２に向けて画像を表示する後方スクリーン３４３が形成される。

図１０Ｃは、ユーザ２から見てスクリーン部３１３の前方側（図中の右側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１０Ａに示す点線の領域３３３ｂの拡大図である。スクリーン部３１３の前方側に出射された画像光５は、透明基材３３０の内側の第１の面３３１に入射し、外側の第２の面３３２を通過して透明スクリーン３４０の第３の面３４１に入射する。

第３の面３４１に入射した画像光５は、拡散光６として第４の面３４２から前方側に向けて出射される。この結果、例えば第３の面３４１には、ユーザ２に向けて画像を表示する前方スクリーン３４４が形成される。なお、前方側に向かう拡散光６の一部は、透明スクリーン３４０と空気層との界面である第４の面３４２で反射され、後方側に向けて出射される。

このように、本実施形態では、透明スクリーン３４０は、透明基材３３０の外面に配置された透過型スクリーンである。この場合、後方スクリーン３４３は、透明スクリーン３４０の外面（第４の面３４２）に形成され、前方スクリーン３４４は、透過型スクリーン（透明スクリーン３４０）に形成される。

透過型の透明スクリーン３４０が透明基材３３０の外面に配置される場合であっても、半円筒形状の後方スクリーン３４３と前方スクリーン３４４とがそれぞれ構成される。これにより、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図１２は、第４の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。図１２Ａは、画像表示装置４００の模式的な断面図である。画像表示装置４００は、透明円筒スクリーンとなるスクリーン部４１３を有する。スクリーン部４１３は、円筒形状の柱面を有する筒状の透明基材４３０と、透明基材４３０の内面に配置される透明スクリーン４４０とを有する。本実施形態では、透明スクリーン４４０は、反射型スクリーンである。

図１２Ｂは、ユーザ２から見てスクリーン部４１３の後方側（図中の左側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１２Ａに示す点線の領域４３３ａの拡大図である。スクリーン部４１３の後方側に出射された画像光５は、透明スクリーン４４０の内側の第３の面４４１に入射する。第３の面４４１に入射した画像光５は、第４の面４４２に進行する間に、干渉縞による回折を受けて第３の面４４１から拡散光６として出射される。この結果、例えば第４の面４４２には、ユーザ２に向けて画像を表示する後方スクリーン４４３が形成される。

図１２Ｃは、ユーザ２から見てスクリーン部４１３の前方側（図中の右側）に入射した画像光５の光路の一例であり、図１２Ａに示す点線の領域４３３ｂの拡大図である。スクリーン部４１３の前方側に出射された画像光５は、透明スクリーン４４０の内側の第３の面４４１に入射し、第４の面４４２に進行する間に、干渉縞により回折されて第３の面４４１（後方側）に進行する拡散光６となる。

後方側に進行する拡散光６は、透明スクリーン４４０と空気層との界面である第３の面４４１で反射され、前方側に向けて出射される。すなわち、第３の面４４１は、拡散光６を反射する反射面となる。反射された拡散光６は、透明基材４３０を通過して前方側に向けて出射される。この結果、第３の面４４１には、ユーザ２に向けて画像を表示する前方スクリーン４４４が形成される。なお、後方側に向かう拡散光６の一部は、第３の面４４１を通過して後方側に向けて出射される。

このように、本実施形態では、透明スクリーン４４０は、透明基材４３０の内面に配置された反射型スクリーンである。この場合、後方スクリーン４４３は、反射型スクリーン（透明スクリーン４４０）に形成され、前方スクリーン４４４は、透明スクリーン４４０の内面（第３の面４４１）に形成される。

反射型の透明スクリーン４４０が透明基材４３０の内面に配置される場合であっても、半円筒形状の後方スクリーン４４３と前方スクリーン４４４とがそれぞれ構成される。これにより、奥行感のある画像表示を広い視野角で実現することが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図１３は、第５の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。図１３には、画像表示装置５００を上方から見た場合の、スクリーン部５１３のＸＹ平面方向に沿った断面が模式的に図示されている。本実施形態では、前半面に透過型スクリーン５２０が配置され、残りの半面に反射型スクリーン５１０が配置されたスクリーン部５１３が構成される。

スクリーン部５１３は、基準軸１を中心軸とする円筒形状である。基準軸１を含む平面（図中の点線）を挟んで一方の側には反射型スクリーン５１０が配置され、他方の側には透過型スクリーン５２０が配置される。

反射型スクリーン５１０は、半円筒形状の透明スクリーンであり、所定の入射角度θで入射する画像光５を拡散反射する機能を備える。透過型スクリーン５２０は、半円筒形状の透明スクリーンであり、所定の入射角度θで入射する画像光５を拡散透過する機能を備える。

反射型スクリーン５１０は、例えば円筒形状の透明基材（図示省略）の半面に、反射型ＨＯＥを配置することで構成される。また透過型スクリーン５２０は、反射型スクリーン５１０とは反対側となる透明基材の半面に、透過型ＨＯＥを配置することで構成される。

画像表示装置５００では、スクリーン部５１３の内側から、反射型スクリーン５１０及び透過型スクリーン５２０に向けて画像光５が投射される。反射型スクリーン５１０に入射した画像光５は、反射型スクリーン５１０により反射され、拡散光６として反対側の透過型スクリーン５２０に向けて出射される。透過型スクリーン５２０に向けて進行する画像光５は、透過型スクリーン５２０を通過してスクリーン部５１３の外側に向けて出射される。

また透過型スクリーン５２０に入射した画像光５は、透過型スクリーン５２０を透過し、拡散光６として透過型スクリーン５２０（スクリーン部５１３）の外側に向けて出射される。このように、本実施形態では、反射型スクリーン５１０は、後方スクリーン５４３として機能し、透過型スクリーン５２０は前方スクリーン５４４として機能する。また透過型スクリーン５２０が設けられる側が、画像表示装置５００の前方側となる。

例えば、透過型スクリーン５２０が設けられる側からスクリーン部５１３を見ているユーザ２は、反射型スクリーン５１０に投射された後方画像の前方に、透過型スクリーン５２０に投射された前方画像を重畳して視認することが可能となる。

このようにスクリーン部５１３は、間隙を挟んで配置される曲面状の反射型スクリーン５１０と曲面状の透過型スクリーン５２０とを有する。スクリーン部５１３では、後方スクリーン５４３は、反射型スクリーン５１０により形成され、前方スクリーン５４４は、透過型スクリーン５２０により形成される。このように、反射型スクリーン５１０及び透過型スクリーン５２０を用いることで、ユーザ２に向けて出射される画像光５（拡散光６）の光量を高くすることが可能である。この結果、奥行感のある明るい画像を広い視野角で実現することが可能となり、視認性を向上することが可能となる。

＜第６の実施形態＞
図１４は、第６の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。図１４には、画像表示装置６００を上方から見た場合の、スクリーン部６１３のＸＹ平面方向に沿った断面が模式的に図示されている。本実施形態では、側面が楕円柱面となる筒形状（楕円筒形状）のスクリーン部６１３が構成される。

図１４に示すように、スクリーン部６１３のＸＹ平面方向に沿った断面は、楕円形状となる。また楕円形状の中心を通り上下方向（Ｚ方向）に平行な軸が、スクリーン部６１３の基準軸１となる。

また楕円形状の長軸方向と基準軸１とを含む平面（図中の点線）を挟んで、一方の側には反射型スクリーン６１０が配置され、他方の側には透過型スクリーン６２０が配置される。このように、図１４に示すスクリーン部６１３は、図１３を参照して説明した円筒形状のスクリーン部５１３を、楕円筒形状に変形した構成となっているとも言える。

画像表示装置７００では、反射型スクリーン６１０及び透過型スクリーン６２０は楕円柱面となる。反射型スクリーン６１０は、後方スクリーン６４３として機能し、透過型スクリーン６２０は前方スクリーン６４４として機能する。このように、後方スクリーン６４３及び前方スクリーン６４４は、基準軸１を中心軸とする楕円柱面である。なお、透過型スクリーン６２０が設けられる側が、画像表示装置７００の前方側となる。

図１５は、図１４に示すスクリーン部６１３におけるＤＦＤ表示の一例を示す模式図である。図１５Ａ及び図１５Ｂには、スクリーン部６１３の内側に表示される主表示物３８（ティーポット）の立体像が模式的に図示されている。なお図１５Ａでは、ユーザ２はＸ方向に沿ってスクリーン部６１３を見ている。また図１５Ｂでは、図１５Ａに示す状態からユーザ２の観察位置Ｐが基準軸１を中心に回転した位置となっている。

画像表示装置７００では、ユーザ２の観察位置Ｐが検出される。また観察位置Ｐから後方スクリーン６４３（反射型スクリーン６１０）に主表示物３８（ティーポット）が射影された後方画像３４が生成される。同様に、観察位置Ｐから前方スクリーン６４４（透過型スクリーン６２０）に主表示物３８が射影された後方画像３４が生成される。なお後方スクリーン６４３及び前方スクリーン６４４は、楕円柱面である。このため、後方画像３４及び前方画像３５のサイズ等は、観察位置Ｐの移動の前後で異なる。

このように、後方スクリーン６４３及び前方スクリーン６４４が楕円柱面である場合であっても、主表示物３８の射影画像（後方画像３４及び前方画像３５）を適宜生成することで、スクリーン部６１３の中央に主表示物３８の立体像４５を適正に表示することが可能となる。また各スクリーンを楕円柱面とすることで、例えば奥行感のある横長の画像等を表示することが可能となる。この結果、没入感のある立体表示等を実現することが可能となり、エンタテイメント性の高い画像表示を実現することが可能となる。

なお、上記した後方スクリーン６４３及び前方スクリーン６４４が楕円柱面となる構成は、上記した実施形態に適用可能である。すなわち、表面反射を利用して後方スクリーン６４３あるいは前方スクリーン６４４を形成する場合であっても、各スクリーンが楕円柱面となるように透明基材等を適宜構成することが可能である。

＜第７の実施形態＞
図１６は、第７の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。図１６には、画像表示装置７００を上方から見た場合の、スクリーン部７１３のＸＹ平面方向に沿った断面が模式的に図示されている。

スクリーン部７１３の後方側には、曲面状の反射型スクリーン７１０が配置され、前方側には、曲面状の透過型スクリーン７２０が配置される。反射型スクリーン７１０及び透過型スクリーン７２０は、ともに、前方側に向けて膨らんだ凸型の形状を有する。なお、図１６に示す例では、反射型スクリーン７１０及び透過型スクリーン７２０が楕円柱面となるように構成される。これに限定されず、例えば円柱面等の他の曲面が用いられてもよい。

本実施形態では、所定の基準軸１を挟んで反射型スクリーン７１０及び透過型スクリーン７２０が配置される。また画像表示装置７００では、反射型スクリーン７１０及び透過型スクリーン７２０の基準軸１に向けられた面から、画像光５が投射される。このため、反射型スクリーン７１０が後方スクリーン７４３として機能し、透過型スクリーン７２０が前方スクリーン７４４として機能する。

このように、画像表示装置７００では、後方スクリーン７４３及び前方スクリーン７４４の両方が、ユーザ２から見て凸型の曲面形状となる。これにより、例えば前方画像と後方画像との間隔が略均一な状態で各画像を表示することが可能となる。この結果、例えば前面にわたって均質な奥行感のある画像等を容易に表示することが可能となる。

なお、後方スクリーン７４３及び前方スクリーン７４４の両方が、ユーザ２から見て凹型となるような構成が採用されてもよい。この場合、ユーザ２は没入感の高い立体表示等を楽しむことが可能となり、エンタテイメント性の高い画像表示を実現することが可能となる。

＜第８の実施形態＞
図１７は、第８の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す断面図である。画像表示装置８００のスクリーン部８１３は、基準軸１を中心軸とする、内側円筒スクリーン８１０ａ及び外側円筒スクリーン８１０ｂを有する。内側円筒スクリーン８１０ａは外側円筒スクリーン８１０ｂよりも半径が小さい。従って、スクリーン部８１３は２重円柱面を形成するスクリーンであるとも言える。

図１７Ａは、画像表示装置８００を基準軸１を含むＸＺ平面方向に沿って切断した断面であり、図１７Ｂは、スクリーン部８１３をＸＹ平面方向に沿って切断した断面である。画像表示装置８００は出射部８１１と、反射ミラー８１２と、スクリーン部８１３とを有する。出射部８１１は、基準軸１に沿って画像光５を出射する。反射ミラー８１２は、出射部８１１に対向して天面に設けられる。出射部８１１から出射された画像光５は、反射ミラー８１２により反射され、内側円筒スクリーン８１０ａ及び外側円筒スクリーン８１０ｂの各々に投射される。

内側円筒スクリーン８１０ａ及び外側円筒スクリーン８１０ｂは、ともに透過型の透明スクリーンであり、透過型ＨＯＥ等を用いて構成される。図１７Ｂに示すように、内側円筒スクリーン８１０ａの半径は、外側円筒スクリーン８１０ｂの半径よりも小さく設定される。従って、内側円筒スクリーン８１０ａと外側円筒スクリーン８１０ｂとの間には、円筒状の空間が形成される。

このように、内側円筒スクリーン８１０ａ及び外側円筒スクリーン８１０ｂは、所定の間隔を空けて同心円状に配置される。各スクリーン間の間隔等は限定されず、例えば奥行感のある画像を適正に表示することが可能となるように、適宜設定されてよい。

また内側円筒スクリーン８１０及び外側円筒スクリーン８１０の上方には、反射ミラーが接続される。これにより、反射ミラー８１２を２つの円筒面で支えることが可能となり、装置強度を高めることが可能である。

図１７Ａに示すように、内側円筒スクリーン８１０ａの内側には、反射ミラー８１２により反射された画像光５が投射される。投射された画像光５は、内側円筒スクリーン８１０ａにより透過拡散される。従って、内側円筒スクリーン８１０ａからは、拡散光６が外側に向けて出射される。この拡散光６は、外側円筒スクリーン８１０ｂを透過して、スクリーン部８１３の外側に向けて出射される。

また外側円筒スクリーン８１０ｂの内側には、反射ミラー８１２により反射された画像光５が投射される。投射された画像光５は、外側円筒スクリーン８１０ｂにより透過拡散される。従って、外側円筒スクリーン８１０ｂからは、スクリーン部８１３の外側に向けて、拡散光６が出射される。

例えば、スクリーン部８１３を見ているユーザ２は、内側円筒スクリーン８１０ａに表示された画像の前方に、外側円筒スクリーン８１０ｂに表示された画像が重なった状態を視覚することが可能である。従って、本実施形態では、内側円筒スクリーン８１０ａにより、後方スクリーン８４３が形成され、外側円筒スクリーン８１０ｂにより、前方スクリーン８４４が形成される。

このように、円筒形状の透過型スクリーンを２重に配置することで、奥行感のある明るい画像表示を、全周にわたって実現することが可能である。また、例えば内側円筒スクリーン８１０ａの半径等を適宜設定することで、重畳される二つの画像の間隔を調整することが可能となる。この結果、所望の奥行を持った画像表示を容易に実現することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

上記では、後方スクリーン及び前方スクリーンに対して、反射ミラーを用いて画像光を投射する構成について説明した。各スクリーンに画像光を投射する方法等は限定されない。例えば、画像光を屈折することで、各スクリーンに画像光が投射されてもよい。例えば出射部から放射状に出射する画像光を屈折して、画像光の進行方向を制御する屈折素子等が適宜用いられてよい。この場合、屈折素子は、光学部に相当する。

屈折素子は、例えば出射部から出射された画像光を屈折して、後方スクリーンに後方画像を投射し、前方スクリーンに前方画像を投射する。例えば屈折素子により、放射状に出射された画像光の画角が拡大され、周囲のスクリーンに向けて投射される。また、入射面に対する画像光の入射角度が一定となるように、画像光の進行方向が制御されてもよい。屈折素子を用いることで、例えば反射ミラーを設けない構成が可能となり、例えば透明な天面を有する画像表示装置等を実現することが可能となる。

屈折素子としては、例えば非球面な屈折面を持つ非球面レンズ、フレネル面を有するフレネルレンズ、及び所定の屈折率分布を有する屈折素子（液晶レンズ等）等が用いられる。また例えば、凹レンズや凸レンズ等の屈折レンズや平行プリズム等が屈折素子として用いられてもよい。あるいは、これらの光学素子の組み合わせが用いられてもよい。この他、屈折素子の具体的な構成は限定されない。

上記の実施形態では、単一の出射部を用いて画像光が出射された。これに限定されず、例えば複数の出射部を用いて画像光が出射されてもよい。例えば円筒形状の基準軸に沿って、複数の出射部から画像光５が出射される。あるいは、複数の出射部により、円筒形状のスクリーン部に向けて直接画像光を投射するといった構成が採用されてもよい。例えば基準軸上の領域に配置された２台の出射部（プロジェクタ）により、スクリーン部の前方側及び後方側に向けてそれぞれ画像光が投射される。このような構成も可能である。

上記では、検出カメラを用いて、ユーザの観察位置Ｐが検出された。これに限定されず、ユーザの位置や、視点等の観察位置Ｐを検出可能な任意のセンサが用いられてよい。例えば、指向性マイク等の音センサが用いられてもよい。この場合、音を検出することでユーザ２の位置が検出される。またレーダーセンサ、距離センサ、超音波センサ等が適宜用いられてもよい。

なお、ユーザの観察位置Ｐを検出する機能が搭載されなくてもよい。この場合、検出カメラや検出処理部等は設けられない。このような場合であっても、曲面状の後方スクリーン及び曲面状の前方スクリーン等を用いることで、広い角度範囲（方位）から奥行感のある画像表示を視覚することが可能である。

以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

本開示において、「同じ」「等しい」「直交」等は、「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に直交」等を含む概念とする。例えば「完全に同じ」「完全に等しい」「完全に直交」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）所定の軸に沿って延在する曲面状の第１のスクリーンと、前記第１のスクリーンの前方に間隙を空けて配置され、透明性を有する曲面状の第２のスクリーンとを有する表示部と、
前記所定の軸上の領域から第１の画像及び前記第１の画像に重畳される第２の画像を表示する光を出射する出射部を有し、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する投射部と
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記所定の軸は、前記第１及び前記第２のスクリーンの間の前記間隙を通り、
前記投射部は、前記間隙を通る光路に沿って、前記第１及び前記第２の画像を投射する
画像表示装置。
（３）（２）に記載の画像表示装置であって、
前記第１のスクリーンは、前記第１の画像を表示する光を拡散反射し、
前記第２のスクリーンは、前記第２の画像を表示する光を拡散透過する
画像表示装置。
（４）（２）又は（３）に記載の画像表示装置であって、
前記表示部は、曲面状の柱面を有する略筒状の透明基材と、前記透明基材の内面及び外面のいずれか一方に配置される透明スクリーンとを有する
画像表示装置。
（５）（４）に記載の画像表示装置であって、
前記透明スクリーンは、前記透明基材の内面に配置された透過型スクリーンであり、
前記第１のスクリーンは、前記透明基材の外面により形成され、
前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成される
画像表示装置。
（６）（４）に記載の画像表示装置であって、
前記透明スクリーンは、前記透明基材の外面に配置された反射型スクリーンであり、
前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成され、
前記第２のスクリーンは、前記透明基材の内面により形成される
画像表示装置。
（７）（２）又は（３）に記載の画像表示装置であって、
前記表示部は、前記間隙を挟んで配置される曲面状の反射型スクリーンと曲面状の透過型スクリーンとを有し、
前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成され、
前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成される
画像表示装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする円柱面に沿って配置される
画像表示装置。
（９）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする楕円柱面に沿って配置される
画像表示装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、さらに、
前記第１及び前記第２の画像の表示を制御する表示制御部を具備する
画像表示装置。
（１１）（１０）に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の画像は、どちらか一方が主画像であり、他方が副画像であり、
前記表示制御部は、前記主画像の表示状態に応じて、前記副画像の表示パラメータを制御する
画像表示装置。
（１２）（１１）に記載の画像表示装置であって、
前記表示パラメータは、前記副画像の輝度、解像度、彩度の少なくとも１つを含む
画像表示装置。
（１３）（１１）又は（１２）に記載の画像表示装置であって、
前記第２の画像は、主表示物を表示する前記主画像であり、
前記第１の画像は、前記主表示物の影、及び前記主表示物の背景の少なくとも一方を含む副表示物を表示する前記副画像である
画像表示装置。
（１４）（１３）に記載の画像表示装置であって、
前記表示制御部は、前記主表示物についての運動視差が得られるように、前記副表示物のサイズ及び表示速度の少なくとも一方を制御する
画像表示装置。
（１５）（１０）から（１４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、さらに、
観察者の観察位置を検出する検出部を具備し、
前記表示制御部は、前記検出された前記観察位置に応じて、前記第１及び前記第２の画像の表示を制御する
画像表示装置。
（１６）（１５）に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の画像は、ともに主表示物を表示する画像であり、
前記表示制御部は、前記第１の画像として、前記観察位置から前記第１のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成し、前記第２の画像として、前記観察位置から前記第２のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成する
画像表示装置。
（１７）（１６）に記載の画像表示装置であって、
前記表示制御部は、前記主表示物の奥行情報を取得し、前記奥行情報に基づいて、前記第１及び前記第２の画像の輝度を制御する
画像表示装置。
（１８）（１）から（１７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記投射部は、前記出射部から出射された前記画像光を反射または屈折して、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する光学部を有する
画像表示装置。
（１９）（１）から（１８）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記表示部は、回折光学素子を用いたスクリーンを有する
画像表示装置。

１…基準軸
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…観察位置
２…ユーザ
５、５ａ、５ｂ…画像光
６…拡散光
１１、８１１…出射部
１２、８１２…反射ミラー
１３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３…スクリーン部
１４…検出カメラ
２１…コントローラ
２４…検出処理部
２５…表示制御部
３０、２３０、３３０、４３０…透明基材
３４…後方画像
３５…前方画像
３６…主画像
３７…副画像
４０、２４０、３４０、５４０…透明スクリーン
４３、２４３、３４３、４４３、５４３、６４３、７４３、８４３…後方スクリーン
４４、２４４、３４４、４４４、５４４、６４４、７４４、８４４…前方スクリーン
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００…他画像表示装置

Claims (19)

1. 所定の軸に沿って延在する曲面状の第１のスクリーンと、前記第１のスクリーンの前方に間隙を空けて配置され、透明性を有する曲面状の第２のスクリーンとを有する表示部と、
   前記所定の軸上の領域から第１の画像及び前記第１の画像に重畳される第２の画像を表示する光を出射する出射部を有し、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する投射部と
   を具備する画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記所定の軸は、前記第１及び前記第２のスクリーンの間の前記間隙を通り、
   前記投射部は、前記間隙を通る光路に沿って、前記第１及び前記第２の画像を投射する
   画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記第１のスクリーンは、前記第１の画像を表示する光を拡散反射し、
   前記第２のスクリーンは、前記第２の画像を表示する光を拡散透過する
   画像表示装置。
4. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記表示部は、曲面状の柱面を有する略筒状の透明基材と、前記透明基材の内面及び外面のいずれか一方に配置される透明スクリーンとを有する
   画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置であって、
   前記透明スクリーンは、前記透明基材の内面に配置された透過型スクリーンであり、
   前記第１のスクリーンは、前記透明基材の外面により形成され、
   前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成される
   画像表示装置。
6. 請求項４に記載の画像表示装置であって、
   前記透明スクリーンは、前記透明基材の外面に配置された反射型スクリーンであり、
   前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成され、
   前記第２のスクリーンは、前記透明基材の内面により形成される
   画像表示装置。
7. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記表示部は、前記間隙を挟んで配置される曲面状の反射型スクリーンと曲面状の透過型スクリーンとを有し、
   前記第１のスクリーンは、前記反射型スクリーンにより形成され、
   前記第２のスクリーンは、前記透過型スクリーンにより形成される
   画像表示装置。
8. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする円柱面に沿って配置される
   画像表示装置。
9. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記第１及び前記第２のスクリーンは、前記所定の軸を中心軸とする楕円柱面に沿って配置される
   画像表示装置。
10. 請求項１に記載の画像表示装置であって、さらに、
    前記第１及び前記第２の画像の表示を制御する表示制御部を具備する
    画像表示装置。
11. 請求項１０に記載の画像表示装置であって、
    前記第１及び前記第２の画像は、どちらか一方が主画像であり、他方が副画像であり、
    前記表示制御部は、前記主画像の表示状態に応じて、前記副画像の表示パラメータを制御する
    画像表示装置。
12. 請求項１１に記載の画像表示装置であって、
    前記表示パラメータは、前記副画像の輝度、解像度、彩度の少なくとも１つを含む
    画像表示装置。
13. 請求項１１に記載の画像表示装置であって、
    前記第２の画像は、主表示物を表示する前記主画像であり、
    前記第１の画像は、前記主表示物の影、及び前記主表示物の背景の少なくとも一方を含む副表示物を表示する前記副画像である
    画像表示装置。
14. 請求項１３に記載の画像表示装置であって、
    前記表示制御部は、前記主表示物についての運動視差が得られるように、前記副表示物のサイズ及び表示速度の少なくとも一方を制御する
    画像表示装置。
15. 請求項１０に記載の画像表示装置であって、さらに、
    観察者の観察位置を検出する検出部を具備し、
    前記表示制御部は、前記検出された前記観察位置に応じて、前記第１及び前記第２の画像の表示を制御する
    画像表示装置。
16. 請求項１５に記載の画像表示装置であって、
    前記第１及び前記第２の画像は、ともに主表示物を表示する画像であり、
    前記表示制御部は、前記第１の画像として、前記観察位置から前記第１のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成し、前記第２の画像として、前記観察位置から前記第２のスクリーンへの前記主表示物の射影画像を生成する
    画像表示装置。
17. 請求項１６に記載の画像表示装置であって、
    前記表示制御部は、前記主表示物の奥行情報を取得し、前記奥行情報に基づいて、前記第１及び前記第２の画像の輝度を制御する
    画像表示装置。
18. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
    前記投射部は、前記出射部から出射された前記画像光を反射または屈折して、前記第１のスクリーンに前記第１の画像を投射し、前記第２のスクリーンに前記第２の画像を投射する光学部を有する
    画像表示装置。
19. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
    前記表示部は、回折光学素子を用いたスクリーンを有する
    画像表示装置。

Images