WO2013054634A1 - 立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム - Google Patents

立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム Download PDF

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image light
light
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堀米　秀嘉
井上　光輝
攀梅 林
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国立大学法人豊橋技術科学大学
有限会社ホーリーマイン
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Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic image projection apparatus, a stereoscopic image projection method, and a stereoscopic image projection system that project a stereoscopic image.
  • Patent Document 1 describes a stereoscopic image projection apparatus that projects an image in a predetermined direction when a hologram is recorded. This stereoscopic image projection apparatus displays a highly reproducible stereoscopic image according to a change in the position of the observer.
  • the stereoscopic image projection apparatus described in Patent Document 1 displays a stereoscopic image in a spatial region formed by rotating image light emitted in a predetermined direction. Therefore, there is a tendency that a region where a stereoscopic image is displayed is limited.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a stereoscopic image projection device, a stereoscopic image projection method, and a stereoscopic image projection system capable of easily expanding a region where a stereoscopic image can be visually recognized. For the purpose.
  • a stereoscopic image projection apparatus has an incident surface on which image light is incident and an exit surface on the opposite side of the entrance surface, and the exit direction of the image light on the exit surface and the exit surface are at a predetermined angle.
  • a conversion optical system including a plate-like first optical member that changes the traveling direction of image light so as to form a rotation, and rotation for driving the conversion optical system to rotate along the emission surface about a predetermined point on the emission surface
  • the driving unit and the rotation axis including the rotation center are erected, and the traveling direction of the image light emitted from the conversion optical system is changed to the first direction along the plane intersecting the rotation axis, and the conversion optical
  • An image projection unit that diffuses image light emitted from the system in a second direction along the rotation axis.
  • a stereoscopic image projection method is a method of obtaining a stereoscopic image by projecting image light from a conversion optical system that is rotationally driven by a rotational drive unit to an image projection unit, and that provides a perspective on an object.
  • Each of a plurality of original images obtained by changing to different positions is divided along one direction of the original image to form a divided image, and from the plurality of divided images, the rotation angle of the conversion optical system, And a selection step of selecting a divided image based on the position of the image light projected on the image projection unit in the image projection unit, and a combining step of creating a projection image for generating image light by combining the selected divided images And a projecting step of generating image light reflecting the projected image and projecting the image light onto the image projecting unit through the conversion optical system, and in the projecting step, the image light emitting unit that continuously emits the image light in a pulse shape
  • Images from Is output to the conversion optical system and includes a plate-like optical member having an incident surface on which image light is incident and an exit surface on the opposite side of the incident surface, and the exit direction and exit surface of the image light on the exit surface are predetermined.
  • the traveling direction of the image light is changed by a conversion optical system that changes the traveling direction of the image light so as to form an angle, and the conversion optical system is driven to rotate along the exit surface around a predetermined point on the exit surface.
  • the image light emitted from the conversion optical system is erected along the rotation axis including the rotation center, and is changed to a first direction along a plane intersecting the rotation axis, and emitted from the conversion optical system.
  • the image light is emitted to an image projection unit that diffuses the image light thus processed in the second direction along the rotation axis.
  • a stereoscopic image projection system includes an image creation unit that creates a projection image using a plurality of original images obtained by changing the viewpoint of an object to different positions, and the projection image reflects And a plate-like optical member having an incident surface on which the image light is incident and an exit surface on the opposite side of the incident surface.
  • a conversion optical system that changes the traveling direction of the image light so that the emission direction of the image light and the emission surface form a predetermined angle, and the conversion optical system along the emission surface with a predetermined point on the emission surface as a rotation center
  • a rotational drive unit that rotationally drives and a rotation axis that includes a rotation center, and changes the traveling direction of the image light emitted from the conversion optical system to a first direction along a plane that intersects the rotation axis.
  • image light emitted from the conversion optical system An image projection unit that diffuses in a second direction along the rotation axis, and the projection image is composed of a plurality of divided images obtained by dividing the original image along one direction of the original image, and the divided image is converted optically The selection is made based on the rotation angle of the system and the position of the image light projected on the image projection unit in the image projection unit.
  • the conversion optical system changes the traveling direction of the image light.
  • This conversion optical system rotates about a predetermined point as a rotation center. For this reason, the image light is projected while being scanned around the rotation axis on the image projection unit as the conversion optical system rotates. Then, the image projection unit changes the traveling direction of the projected image light to the first direction.
  • the first direction corresponds to a position on the image projection unit and an incident angle to the position. For this reason, when the image light is projected while being scanned on the image projection unit, the image light is projected in different directions according to the position on the image projection unit and the incident angle to the position.
  • a stereoscopic image can be displayed.
  • the conversion optical system and the image projection unit by using the conversion optical system and the image projection unit, a stereoscopic image can be generated in a wide area away from the conversion optical system. Further, the image projection unit diffuses the projected image light in one direction. Thereby, it becomes possible to extend the area
  • the image projection unit may include a diffraction grating. According to this image projection unit, only the image light incident from a specific direction is changed in the first direction. For this reason, even if light enters the image projection unit from a direction other than the incident direction of the image light, the direction is not changed to light traveling in the first direction. Accordingly, it is possible to suppress a reduction in the visibility of the stereoscopic image due to the reflection of disturbance light on the image projection unit.
  • the image projection unit may be a reflection hologram including a diffraction grating. According to this image projection unit, it is possible to suppress a reduction in the visibility of a stereoscopic image due to the reflection of disturbance light on the image projection unit.
  • the image projection unit may be a transmission hologram including a diffraction grating. According to this image projection unit, it is possible to suppress a reduction in the visibility of a stereoscopic image due to the reflection of disturbance light on the image projection unit. Furthermore, according to this image projection unit, a stereoscopic image can be displayed so as to be superimposed on an actual object.
  • the image projection unit may include a reflection plate that reflects image light in the first direction and a diffusion plate that diffuses image light in the second direction, and the reflection plate and the diffusion plate may be stacked. According to this configuration, the image projection unit can be easily formed.
  • the diffusion plate may be a lenticular lens including a plurality of cylindrical lenses. According to this configuration, image light can be diffused in one direction.
  • a reflection plate may be provided on the lens surface of the diffusion plate. According to this configuration, the functions of the diffusion plate and the reflection plate can be integrated.
  • the conversion optical system further includes a second optical member.
  • the second optical member converts the image light into parallel light and emits the image light converted into parallel light with respect to the incident surface of the first optical member. Also good.
  • the conversion optical system further includes a third optical member, and the third optical member emits image light converged in the third direction with respect to the image projection unit, and the third direction is orthogonal to the rotation axis. It may be a direction along the surface and a direction orthogonal to the emission direction on the emission surface of the first optical member. According to this conversion optical system, a difference in distance from the conversion optical system to the image projection unit is small between the light near the center of the image light and the light near the end of the image light. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of distortion of the stereoscopic image due to the difference in distance from the conversion optical system to the image projection unit. Further, the conversion optical system may be a transmission hologram that combines the functions of the first to third optical members. Further, the conversion optical system may be a reflection hologram that combines the functions of the first to third optical members.
  • the image projection unit may have a shape curved in a direction perpendicular to the rotation axis. According to such a configuration, it is possible to enlarge the range in which the image light is projected. This makes it possible to project the image light in a direction orthogonal to the direction in which the image light is diffused, that is, in the depth direction. Accordingly, it is possible to further expand the region where the stereoscopic image can be visually recognized.
  • the three-dimensional image projection device the three-dimensional image projection method, and the three-dimensional image projection system of the present invention, it is possible to easily expand an area where a three-dimensional image can be visually recognized.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining a configuration of a stereoscopic image projection system 100A including the stereoscopic image projection apparatus 1A according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of a stereoscopic image projection system 100A.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the stereoscopic image projection system 100A.
  • the stereoscopic image projection system 100 ⁇ / b> A includes a stereoscopic image projection apparatus 1 ⁇ / b> A, an image creation unit 2, and an image light emitting unit 3.
  • the image creation unit 2 creates a projection image.
  • the projected image is an image projected by the image light emitting unit 3.
  • the image light is light that reflects the projection image emitted from the image light emitting unit 3. The process of creating a projection image will be described later.
  • the position where the image creation unit 2 is arranged is not particularly limited, but is arranged below the stereoscopic image projection apparatus 1A in the first embodiment.
  • a computer including a data recording device, a working memory, and a CPU is used.
  • the image light emitting unit 3 generates the image light L and emits it toward the stereoscopic image projector 1A.
  • the image light L is generated based on the projection image created by the image creation unit 2.
  • the image light emitting unit 3 is disposed below the stereoscopic image projector 1A.
  • the image light emitting unit 3 may be disposed on the upper side of the stereoscopic image projector 1A.
  • the image light emitting unit 3 includes a control unit 3a and a projector 3b.
  • Position data indicating a rotation angle which will be described later, is sequentially input from the stereoscopic image projector 1A to the control unit 3a.
  • the control unit 3a outputs a projection image to the projector 3b based on this position data.
  • the projector 3b generates image light L based on the projection image and emits the image light L toward the stereoscopic image projection apparatus 1A.
  • a device capable of continuously emitting the image light L reflecting the projection image in a pulse shape is used.
  • a projector incorporating a digital micromirror device (DMD) manufactured by Texas Instruments can be used.
  • DMD digital micromirror device
  • the image light L is projected every time the conversion optical system 10 ⁇ / b> A described later rotates by 0.7 degrees.
  • the projector 3b is configured to be able to project 15000 frames of image light L in at least one second.
  • the stereoscopic image projection system 100A includes a mirror 4 for adjusting the optical axis.
  • the mirror 4 guides the image light L emitted from the image light emitting unit 3 to the stereoscopic image projector 1A.
  • the mirror 4 is disposed at a position where the optical axis AP of the projector 3b and the optical axis AL of the stereoscopic image projector 1A intersect (see FIG. 2).
  • the stereoscopic image projection system 100A includes the mirror 4, but the stereoscopic image projection system 100A may not include the mirror 4.
  • the image light emitting unit 3 is arranged so that the optical axis AP of the projector 3b overlaps the optical axis AL of the stereoscopic image projection apparatus 1A.
  • the stereoscopic image projection apparatus 1A includes a conversion optical system 10A, a rotation drive unit 20, and an image projection unit 30A.
  • the conversion optical system 10A changes the traveling direction of the image light L emitted from the projector 3b.
  • the conversion optical system 10 ⁇ / b> A is configured to be rotatable by the rotation drive unit 20, thereby shifting the image light L whose traveling direction is changed in the rotation direction and emitting the image light L to the image projection unit 30 ⁇ / b> A.
  • the conversion optical system 10 ⁇ / b> A includes a first optical member 11 and a second optical member 12. The first optical member 11 and the second optical member 12 are arranged in the order of the second optical member 12 and the first optical member 11 from the image light emitting unit 3 side.
  • the first optical member 11 is a deflection optical plate that changes the traveling direction of the image light L.
  • the first optical member 11 has a disk shape that can transmit the image light L.
  • the first optical member 11 has an entrance surface 11p and an exit surface 11r.
  • the incident surface 11p is a surface on which the image light L is incident.
  • the exit surface 11r is a surface that is opposite to the entrance surface 11p and that emits the image light L.
  • the first optical member 11 changes the traveling direction of the image light L so that the emission direction C1 of the image light L on the emission surface 11r and the emission surface 11r make a predetermined angle A1.
  • the predetermined angle is set based on the shape and size of the image projection unit 30A or the positional relationship between the image projection unit 30A and the conversion optical system 10A. In the first embodiment, the predetermined angle A1 is 68 degrees.
  • the first optical member 11 is, for example, a linear prism plate that can change the traveling direction of incident light to a predetermined direction.
  • the linear prism plate is a plate-like optical member in which prisms are arranged side by side on a plane.
  • the pitch between the prisms is set to 1 mm or less.
  • the pitch of the linear prism plate of the first embodiment is 0.3 mm.
  • the first optical member 11 may be configured by one linear prism plate that can change the traveling direction of the image light L by a predetermined angle, or may be configured by combining a plurality of linear prism plates.
  • the first optical member 11 of the first embodiment is composed of one linear prism plate that can change the traveling direction of the image light L by 22 degrees.
  • the first optical member 11 is rotationally driven by the rotational drive unit 20 with the center of the first optical member 11 as the center of rotation. Thereby, the emission direction C1 of the image light L is shifted along the rotation direction.
  • the first optical member 11 has a rotation reference member 11a.
  • the rotation reference member 11 a is a reference for acquiring the rotation angle of the first optical member 11.
  • the rotation reference member 11a is, for example, convex portions arranged at equal intervals on the outer peripheral edge of the disk-shaped first optical member 11.
  • the second optical member 12 converts the image light L into parallel light.
  • the second optical member 12 is disposed on the image light emitting unit 3 side of the first optical member 11 along the optical axis AL of the incident image light of the stereoscopic image projector 1A. That is, the image light L enters the first optical member 11 after passing through the second optical member 12.
  • the second optical member 12 is a Fresnel lens capable of converting light emitted from the focal point into parallel light.
  • the Fresnel lens is a lens obtained by dividing a normal lens into parallel regions. Since the Fresnel lens has a plurality of lenses formed on parallel straight lines, it converts the image light L emitted from the focal point into parallel light.
  • the Fresnel lens of the first embodiment has, for example, an outer diameter of 300 mm and a focal length of 600 mm.
  • the rotation drive unit 20 drives the conversion optical system 10A to rotate in one direction.
  • the rotation driving unit 20 rotates the conversion optical system 10A along the emission surface 11r with the center on the emission surface 11r as the rotation axis RA.
  • the rotation drive unit 20 includes a control board 21, a servo amplifier 22, a rotation drive mechanism 23, and an encoder 24.
  • the control board 21 outputs a drive signal to the servo amplifier 22. Further, the control board 21 calculates a rotation angle of the first optical member 11 based on a numerical value output from an encoder 24 described later, and sends position data indicating the rotation angle to the control unit 3a of the image light emitting unit 3. Is output.
  • the servo amplifier 22 rotationally drives the rotational drive mechanism 23 at a desired angular velocity based on the drive signal output from the control board 21.
  • the rotation drive mechanism 23 rotates the conversion optical system 10A at a desired angular velocity by supplying electric power from the outside.
  • Such a rotation drive mechanism 23 can be realized by an electric motor, a belt drive, a gear, and the like.
  • the encoder 24 acquires a numerical value based on the rotation reference member 11 a of the first optical member 11 and outputs it to the control board 21.
  • the image projection unit 30A reflects the image light L in a predetermined direction and diffuses the image light L in one direction (second direction).
  • the one direction in the first embodiment is a direction along the rotation axis RA.
  • the image projection unit 30A is erected along the rotation axis RA including the rotation center, and has a shape curved in a direction perpendicular to the rotation axis RA.
  • the image projection unit 30 ⁇ / b> A has a configuration in which a reflection plate 32 and a diffusion plate 33 are stacked on a base 31. Referring to FIG. 4, a reflection plate 32 is formed on the base 31, and a diffusion plate 33 is formed on the reflection plate 32.
  • the base 31 has a front surface 31p on which the image light L is projected and a back surface 31r on the opposite side of the front surface 31p.
  • glass can be used for PMMA (acrylic) and PC (polycarbonate), which are optically transparent members.
  • the base 31 has a predetermined curved shape when viewed from the direction of the rotation axis RA.
  • the predetermined curve is, for example, a circle, ellipse, parabola, or hyperbola that is a conic curve.
  • the shape of the base 31 in the first embodiment is a shape obtained by partially cutting a cylinder having a diameter of 600 mm.
  • the base 31 has a shape in which a predetermined curve extends in the direction of the rotation axis RA and is curved in a direction perpendicular to the rotation axis RA.
  • the reflector 32 reflects the image light L incident on the image projection unit 30A.
  • an acrylic mirror which is a reflecting material made of synthetic resin can be used.
  • the diffusion plate 33 diffuses the image light L in a direction (second direction) along the rotation axis RA of the rotation driving unit 20.
  • the diffusion plate 33 is disposed on the reflection plate 32.
  • the diffusing plate 33 is, for example, a lenticular lens including a plurality of cylindrical lenses 33a.
  • the lenticular lens has a lens surface 33p where the curved surface of the cylindrical lens 33a is exposed, and a non-lens surface 33r on the opposite side of the lens surface 33p.
  • the extending direction of the cylindrical lens 33a intersects the direction of the rotation axis RA.
  • the lenticular lens is affixed on the reflecting plate 32 of the base 31 using, for example, a double-sided adhesive tape.
  • the non-lens surface 33r is pasted so as to face the reflecting plate 32.
  • an optical transparent adhesive sheet LUCIACS (registered trademark) CS9621T or LUCIACS (registered trademark) CS9622T manufactured by Nitto Denko Corporation can be used as a double-sided tape.
  • FIG. 5 is a flowchart showing main steps of the stereoscopic image projecting method of the first embodiment.
  • the stereoscopic image capturing method of the first embodiment includes a dividing step S1, a selecting step S2, a combining step S3, and a projecting step S4.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining a process of preparing an original image.
  • the original image is an image obtained by changing the viewpoint with respect to the object to different positions.
  • the original images 42 to 44 are obtained by shooting every 60 degrees within a range of 60 degrees in the right rotation direction and 60 degrees in the left rotation direction. An example is shown.
  • the photographed original images 42 to 44 are input to the image creating unit 2.
  • the original image may be, for example, an image obtained by taking the actual object 41 as a projection target and photographing the object 41 with a digital camera or the like.
  • generated the projection target by computer graphics may be sufficient.
  • an image captured by a video camera or the like may be input to the image creation unit 2 in real time.
  • FIG. 6B is a diagram for explaining a process of dividing the original image.
  • each of the original images 42 to 44 input to the image creating unit 2 is divided along one direction of the original images 42 to 44 to generate divided images.
  • One direction in the present embodiment is the vertical direction of the original image.
  • the number of divisions is set based on, for example, the shape or size of the image projection unit 30A. Although the original image is divided into three in FIG. 6B, the actual number of divisions may be three or more. For example, the number of divisions may be sixteen or more. There is no particular upper limit to the number of divisions.
  • a predetermined image is selected from the divided images (S3: selection step).
  • the predetermined image is selected based on the rotation angle of the conversion optical system 10A and the position of the image light L projected on the image projection unit 30A.
  • the selection step S3 will be described in more detail.
  • the image light L projected from the first optical member 11 onto the image projection unit 30A is reflected by the reflection plate 32 of the image projection unit 30A.
  • the image light L is reflected in different directions for each of the positions Pa to Pc projected onto the image projection unit 30A.
  • the position of the image light L moves as the conversion optical system 10A rotates. By this movement, the incident angle with respect to the reflecting plate 32 changes at the respective positions Pa to Pc. Accordingly, the image light L is reflected in different directions for each rotation angle of the conversion optical system 10A. Then, an image formed from the original image viewed from each direction is selected as an image for generating each image light L reflected in different directions.
  • a part L1 of the image light L emitted from the conversion optical system 10A is reflected in the direction D1 at a reflection angle ⁇ 2 corresponding to the incident angle ⁇ 1 with respect to the image projection unit 30A.
  • a part L1 of the image light L needs to reflect a projection image when the object 41 is viewed from the direction D1. Accordingly, one of the divided images 42a to 42c obtained by dividing the original image 42 is selected.
  • a part L2 of the image light L emitted from the conversion optical system 10A is reflected in the direction D2.
  • a part L2 of the image light L needs to reflect a projection image when the object 41 is viewed from the direction D2. Accordingly, one of the divided images 43a to 43c obtained by dividing the original image 43 is selected.
  • step S5 the selected divided images are combined.
  • step S5 the selected divided images are combined to form one combined projection image.
  • the combined projection image is input to the image light emitting unit 3, and the image light L reflecting the combined projection image is projected onto the image projection unit 30A (S7: projection step).
  • the image light L is projected onto the image projection unit 30A via the conversion optical system 10A.
  • a stereoscopic image is projected through the above steps.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the effect of the stereoscopic image projecting device 90 of the comparative example.
  • the stereoscopic image projection device 90 includes an image light emitting unit 91, a conversion optical system 92, and a rotation driving unit 93.
  • the conversion optical system 92 includes a first optical unit 92a, a second optical unit 92b, and a diffusion plate 92c.
  • the first optical unit 92a converts the image light L into parallel light.
  • the second optical unit 92b changes the traveling direction of the image light L converted into parallel light.
  • the diffusion plate 92c diffuses the image light L whose traveling direction is changed in a predetermined direction. That is, the stereoscopic image projection device 90 is different from the stereoscopic image projection device 1A of the first embodiment in that it does not include the image projection unit 30A and the conversion optical system 92 includes the diffusion plate 92c. .
  • the stereoscopic image projecting device 90 projects the image light L emitted from the image light emitting unit 91 via the conversion optical system 92. If it does so, the advancing direction of the image light L will be changed and it will rotate in the state from which the direction was changed. Accordingly, the stereoscopic image 95 is projected onto the triangular pyramid-shaped space area 94. According to such a stereoscopic image projection device 90, the area where the stereoscopic image 95 is projected is limited to the spatial area 94. Since the spatial region 94 is formed in the vicinity of the surface 92p of the diffusion plate 92c, it is difficult to realize projection as if the stereoscopic image 95 is floating in the air.
  • the conversion optical system 10A changes the traveling direction of the image light L to a predetermined direction, so that the image light L is imaged along with the rotation of the conversion optical system 10A.
  • the image is projected on the projection unit 30A while being scanned around the rotation axis RA. Since the image projection unit 30A includes the reflecting plate 32, the projected image light L is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle. Since this conversion optical system 10A is rotationally driven by the rotation drive unit 20, the projection position of the image light L in the image projection unit 30A is moved in the rotation direction. In this way, by using the conversion optical system 10A and the image projection unit 30A, a stereoscopic image 35 can be generated in a wide area away from the conversion optical system 10A.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the stereoscopic image projection apparatus 1A.
  • FIG. 8A shows the traveling direction of part of the image light L at a predetermined rotation angle.
  • the image light L is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle at a predetermined point Pa of the image projection unit 30A, and travels in the direction of the arrow Da.
  • FIG. 8B shows a traveling direction of a part of the image light L when the conversion optical system 10A is rotated by a certain angle from the state of FIG. At this time, the image light L reflected at the point Pa is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle, and proceeds in the direction of the arrow Db. Further, FIG.
  • FIG. 8C shows a traveling direction of a part of the image light L when the conversion optical system 10A is rotated by a certain angle from the state of FIG. 8B.
  • the image light L reflected at the point Pa is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle, and proceeds in the direction of the arrow Dc.
  • the image light L is reflected from the image projection unit 30A in different directions. Therefore, a stereoscopic image can be displayed.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the stereoscopic image projection apparatus 1A.
  • the image light L projected by the diffusion plate 33 of the image projection unit 30A is diffused in one direction.
  • the diffusing plate 33 of the first embodiment is arranged so that the extending direction Dr of the cylindrical lens 33a intersects the rotation axis RA.
  • the image light L reflected by the image projection unit 30A is diffused in the direction Dp along the rotation axis RA, so that the vertical region in which the stereoscopic image 35 is visually recognized is expanded in the direction along the rotation axis RA. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to easily expand the vertical region in which the stereoscopic image 35 is visually recognized.
  • the area where the stereoscopic image 35 is displayed is formed in an area surrounded by the image projection unit 30A. Since the image projection unit 30A is disposed at a predetermined distance from the conversion optical system 10A, the stereoscopic image 35 can be displayed at a position separated from the conversion optical system 10A in the direction of the rotation axis RA. For this reason, the projection as if the stereoscopic image 35 is floating in the air can be realized.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the stereoscopic image projection apparatus 1A from another viewpoint.
  • the image projection unit 30A of the stereoscopic image projection apparatus 1A has a shape curved in a direction perpendicular to the rotation axis RA. For this reason, the image light L reflected from the image projection unit 30A is projected onto a region surrounded by the image projection unit 30A. More specifically, the image light L reflected from the image projection unit 30A includes the image projection unit 30A, a surface including the reflection direction Dd of the image light L from the point Pd, and the reflection direction De of the image light L from the point Pe. Is projected onto a region surrounded by a plane including. Therefore, it is possible to extend the region where the stereoscopic image is visually recognized in the so-called depth direction. Therefore, it is possible to further expand the region where the stereoscopic image is visually recognized.
  • the point Pd is one end of the image projection unit 30A when the image projection unit 30A is viewed from the direction of the rotation axis RA. From the point Pd, the image light L is reflected in different directions. In the reflected image light L, a direction having a direction component separated from the image projection unit 30A is a reflection direction Dd.
  • the point Pe is the other end of the image projection unit 30A when the image projection unit 30A is viewed from the direction of the rotation axis RA. In the reflected image light L from the point Pe, a direction having a direction component away from the image projection unit 30A is the reflection direction De.
  • the conversion optical system 10A changes the traveling direction of the image light L to a predetermined direction, so that the image light L is rotated along with the rotation of the conversion optical system 10A. Is projected onto the image projection unit 30A while being scanned around the rotation axis RA. Since the image projection unit 30A includes the reflecting plate 32, the projected image light L is reflected at a reflection angle corresponding to the incident angle. Since this conversion optical system 10A is rotationally driven by the rotation drive unit 20, the projection position of the image light L in the image projection unit 30A is moved in the rotation direction.
  • the projected image light L is composed of a selected image selected based on the rotation angle of the conversion optical system 10A and the position of the image light L projected on the image projection unit 30A from the rotation angle in the image projection unit 30A. Reflects the projected image. Therefore, since the image light L corresponding to the directions is projected in different directions, a stereoscopic image with high reproducibility can be displayed even if the position of the observer changes. In this way, by using the conversion optical system 10A and the image projection unit 30A, a stereoscopic image 35 can be generated in a wide area away from the conversion optical system 10A.
  • the diffusion plate 33 of the image projection unit 30A diffuses the projected image light L in one direction. Thereby, since the image light L reflected by the image projection unit 30A is diffused in one direction, the region where the stereoscopic image 35 is displayed can be expanded in one direction. Therefore, the area where the stereoscopic image 35 is displayed can be easily expanded.
  • a stereoscopic image projection system 100B including the stereoscopic image projector 1B of the second embodiment will be described.
  • the stereoscopic image projector 1B according to the second embodiment is different from the reflector 32 and the diffuser plate 33 in that the image projector 30B includes an optical sheet 36 on which a diffraction grating is formed.
  • the image projection apparatus 1A is different from the stereoscopic image projection apparatus 1A according to one embodiment.
  • Other configurations of the stereoscopic image projector 1B of the second embodiment are the same as those of the stereoscopic image projector 1A of the first embodiment.
  • the image projection unit 30B will be described in detail.
  • the image projection unit 30 ⁇ / b> B has a base 31 and an optical sheet 36.
  • the optical sheet 36 on which the diffraction grating is formed is affixed to the surface 31 p of the base 31.
  • a hologram can be used as the optical sheet 36.
  • a hologram is a medium on which optical information is recorded using a holographic technique. When this hologram is irradiated with light, light is diffracted by the diffraction grating constituting the hologram, and light in which the light intensity and phase, which are information of the light recorded in the hologram, is reproduced.
  • a reflection hologram (Lippmann hologram) can be used for the optical sheet 36.
  • the light traveling in the same direction as the image light L emitted from the conversion optical system 10A is used as the reference light RL, and information on the object light OL is recorded.
  • the object light OL recorded on the optical sheet 36 is light incident from the back surface 31r of the image projection unit 30B. That is, as the object light OL, light that travels in the first direction C3a along the plane orthogonal to the rotation axis RA and diffuses in the direction C4 (second direction) along the rotation axis RA is recorded. .
  • the optical sheet 36 from the same direction as the reference light RL when light enters the optical sheet 36 from the same direction as the reference light RL, light having the same information as the object light OL is reproduced. That is, when light enters the optical sheet 36 from the same direction as the reference light RL, the light travels in the first direction C3 in the plane orthogonal to the rotation axis RA and diffuses in the direction C4 along the rotation axis RA. Light is reproduced. At this time, the angle A3 between the emission direction C5 of the image light L emitted from the conversion optical system 10A and the traveling direction C3a of the image light L changed in direction by the image projection unit 30B is set to 90 ° or less. ing.
  • a method for manufacturing the optical sheet 36 that is a reflection hologram will be described.
  • a photosensitive sheet 36 a on which a hologram is recorded is prepared and attached to the surface 31 p of the base 31.
  • a lens sheet 37 having a lenticular lens is disposed on the back surface 31 r of the base 31.
  • the object light OL is irradiated from the back surface 31 r side of the base portion 31 and the reference light RL is irradiated from the front surface 31 p side of the base portion 31.
  • the object light OL is parallel light incident perpendicularly to the back surface 31r of the base 31.
  • the reference light RL is parallel light that is incident on the surface 31p of the base 31 with a predetermined angle.
  • the predetermined angle is, for example, 22 degrees from the surface of 31p.
  • a diffraction grating corresponding to interference fringes caused by the object light OL and the reference light RL is recorded on the photosensitive sheet 36a.
  • the optical sheet 36 which is a reflection hologram is manufactured by the above procedure. Further, when displaying a color stereoscopic image in the stereoscopic image projector 1B, the optical sheet 36 is manufactured by multiple exposure of the reference light RL and the object light OL with red, green, and blue laser beams, respectively.
  • the manufacturing method of the optical sheet 36 is not limited to the said method.
  • the optical sheet 36 may be manufactured using an apparatus described in a hologram creating apparatus invented by the present inventor (Japanese Patent Laid-Open No. 11-249536).
  • the optical sheet 36 may be attached to the base 31 after being produced by exposure.
  • the image projection apparatus 1B is different from the image projection apparatus 1A only in that the image projection unit 30B includes an optical sheet 36 that is a reflection hologram. Therefore, the stereoscopic image projection method described in detail in the first embodiment can be used as a stereoscopic image projection method using the stereoscopic image projection device 1B.
  • the conversion optical system 10A changes the traveling direction of the image light L to a predetermined direction, so that the image light L is converted into an image projection unit along with the rotation of the conversion optical system 10A.
  • 30B is projected while being scanned around the rotation axis RA.
  • the image projection unit 30B has an optical sheet 36 that is a reflection hologram. Therefore, the projected image light L is converted into the same direction C3a as the traveling direction of the object light OL recorded on the optical sheet 36, and is diffused in the direction C4 along the rotation axis RA. Since this conversion optical system 10A is rotationally driven by the rotational drive unit 20, the projection position of the image light L in the image projection unit 30B moves in the rotational direction.
  • the first direction C3a corresponds to the position on the image projection unit 30B and the incident angle of the image light L to the position. Therefore, when the image light L is projected while being scanned on the image projection unit 30B, the image light L is projected in different directions according to the position on the image projection unit 30B and the incident angle to the position. The Accordingly, an image corresponding to the viewpoint of the observer V can be projected, and thus the stereoscopic image 35 can be displayed. In addition, by using the conversion optical system 10A and the image projection unit 30B, a stereoscopic image 35 can be generated in a wide area away from the conversion optical system 10A.
  • the image projection unit 30B has the optical sheet 36 that is a reflection hologram.
  • the optical sheet 36 when light is incident from the same direction as the reference light RL, light having the same information as the object light OL is reproduced. That is, only the image light L emitted from the conversion optical system 10A is handled, and the image light L travels in the first direction C3a and is converted into light that diffuses in the direction C4 along the rotation axis RA. For this reason, even if light enters the image projection unit 30B from a direction other than the incident direction of the image light L, the light proceeds to the first direction C3a and is not converted to light that diffuses in the direction C4. Accordingly, it is possible to suppress a reduction in the visibility of the stereoscopic image 35 due to the reflection of disturbance light on the image projection unit 30B.
  • the background contrast is improved and the visibility of the stereoscopic image 35 can be further increased.
  • the image projector 30B does not include the diffusion plate 33. Accordingly, since the occurrence of chromatic dispersion caused by the diffraction of the diffusion plate 33 can be suppressed, the occurrence of uneven color in the stereoscopic image 35 can be suppressed.
  • the image projection unit 30B does not include the diffusion plate 33, and only light from the incident direction of the image light L is converted into light that diffuses in the direction C4. Therefore, the image projection unit 30B can be made transparent.
  • the observer V can observe the three-dimensional stereoscopic image displayed in the space in front of or behind the image projection unit 30B, and can also observe the object and the scenery on the opposite side of the image projection unit 30B. it can.
  • the three-dimensional image projector of the third embodiment is that the image projection unit 30C includes an optical sheet 38 on which a diffraction grating is formed instead of the reflecting plate 32 and the diffusing plate 33. Different from 1A.
  • the stereoscopic image projector of the third embodiment is different from the stereoscopic image projector 1B of the second embodiment in that an optical sheet 38 that is a transmission hologram is provided instead of the optical sheet 36 that is a reflection hologram.
  • Other configurations of the stereoscopic image projector of the third embodiment are the same as those of the stereoscopic image projectors 1A and 1B of the first and second embodiments.
  • the image projection unit 30C including the optical sheet 38 will be described in detail.
  • the image projection unit 30 ⁇ / b> C includes a base 31 and an optical sheet 38.
  • the base 31 PMMA, PC, or glass which is an optically transparent member can be used.
  • the optical sheet 38 on which the diffraction grating is formed is affixed to the surface 31 p of the base 31.
  • a transmission hologram is used for the optical sheet 38.
  • the light traveling in the same direction as the image light L emitted from the conversion optical system 10A is used as the reference light RL, and information on the object light OL is recorded.
  • the object light OL recorded on the optical sheet 38 is light incident from the surface 31p side of the base portion 31 and travels in the first direction C3b along the plane orthogonal to the rotation axis RA and travels to the rotation axis RA.
  • Light diffusing in the direction C4 along is recorded (see FIG. 16). Therefore, when light enters the optical sheet 38 from the same direction as the reference light RL, light having the same information as the object light OL is reproduced. That is, when the image light L enters the optical sheet 38 from the same direction as the reference light RL, the image light L that travels in the first direction C3b and diffuses in the direction C4 is reproduced.
  • the angle A4 between the emission direction C5 of the image light L emitted from the conversion optical system 10A and the traveling direction C3b of the image light L whose direction is changed by the image projection unit 30C is set to 90 ° or more. ing.
  • a method for manufacturing the optical sheet 38 which is a transmission hologram will be described.
  • a photosensitive sheet 38 a on which a transmission hologram is recorded is prepared and attached to the surface 31 p of the base 31.
  • a lens sheet 37 having a lenticular lens is disposed on the surface 31p side of the base 31 so as to be separated from the photosensitive sheet 38a.
  • the object light OL is irradiated from the surface 31p side of the base portion 31
  • the reference light RL is irradiated from the surface 31p side of the base portion 31.
  • the object light OL incident on the photosensitive sheet 38a is light emitted from the lens sheet 37, and is light that is orthogonal to the base 31 and diffuses in one direction.
  • the reference light RL is parallel light that is incident on the surface 31p of the base 31 with a predetermined angle A2.
  • the predetermined angle A2 is 68 degrees as an example.
  • the optical sheet 38 which is a transmission hologram is manufactured by the above procedure. Further, when displaying a color stereoscopic image in the stereoscopic image projector, the optical sheet 38 is manufactured by multiple exposure of the reference light RL and the object light OL with red, green, and blue laser beams, respectively.
  • the optical sheet 38 is manufactured by multiple exposure using only a monochromatic laser and adjusting the angles of the reference light RL and the object light OL so as to correct the Bragg matching angles of red, green, and blue. Also good.
  • the optical sheet 38 may be attached to the base 31 after being produced by exposure.
  • the stereoscopic image projection apparatus 1C is different from the image projection apparatus 1A only in that the stereoscopic image projection unit 30C includes an optical sheet 38 that is a transmission hologram. Therefore, the stereoscopic image projection method described in detail in the first embodiment can be used as the stereoscopic image projection method using the stereoscopic image projection apparatus of the third embodiment. More specifically, in the selection step S3 (see FIGS. 5 and 7), the observer V who observes the stereoscopic image 35 from the back surface 31r of the base 31 when generating the image light L that passes through the image projection unit 30C. An image corresponding to the direction of the line of sight is selected.
  • the three-dimensional image 35 can be generated in a wide area away from the conversion optical system 10A, similarly to the three-dimensional image projector 1A of the first embodiment.
  • the three-dimensional image projector of 3rd Embodiment it has the optical sheet 38 which is a transmission hologram. Therefore, the three-dimensional image projector of the third embodiment can suppress a decrease in the visibility of the three-dimensional image 35 due to the reflection of disturbance light. Furthermore, the stereoscopic image projector of the third embodiment can suppress the occurrence of uneven color in the stereoscopic image 35.
  • the stereoscopic image projection apparatus of the third embodiment it is possible to display an actual object and the reproduced stereoscopic image 35 so as to overlap each other.
  • a stereoscopic image projection system 100C including the stereoscopic image projector 1C of the fourth embodiment will be described.
  • the stereoscopic image projector 1C of the fourth embodiment is different from the stereoscopic image projector 1A of the first embodiment in that the conversion optical system 10B further includes a third optical member 13.
  • the other configuration of the stereoscopic image projector 1C of the fourth embodiment is the same as that of the stereoscopic image projector 1A of the first embodiment.
  • the conversion optical system 10B including the third optical member 13 will be described in detail.
  • the conversion optical system 10 ⁇ / b> B further includes a third optical member 13 in addition to the first optical member 11 and the second optical member 12.
  • the second optical member 12, the first optical member 11, and the third optical member 13 are arranged in this order from the image light emitting unit 3 side.
  • the third optical member 13 is fixed to the emission surface 11 r of the first optical member 11. Accordingly, the third optical member 13 rotates around the rotation axis RA in synchronization with the rotation of the first optical member 11.
  • the third optical member 13 is a cylindrical lens that converges the image light L that is parallel light only in one direction.
  • the third optical member 13 converges the image light L in the third direction C6.
  • the third direction C6 is a direction included in the virtual plane P1 orthogonal to the rotation axis RA, and is a direction orthogonal to the emission direction C1 on the emission surface 11r of the first optical member 11.
  • the image light L emitted from the third optical member 13 and reaching the image projection unit 30A is converged only in the third direction C6 on the image projection unit 30A. For this reason, the image light L that has reached the image projection unit 30A is not converged in the direction C4 along the rotation axis RA on the image projection unit 30A.
  • the cylindrical lens of the third optical member 13 is preferably a flat cylindrical lens having a plurality of lenses formed on a parallel straight line by dividing a curved lens into parallel regions like a Fresnel lens.
  • the image projection apparatus 1C is different from the image projection apparatus 1A only in that the conversion optical system 10B includes a third optical member 13 that is a cylindrical lens. That is, only the point where the image light L is converged only in the third direction C6 on the image projection unit 30A is different from the image projection apparatus 1A. Therefore, the stereoscopic image projection method described in detail in the first embodiment can be used as a stereoscopic image projection method using the stereoscopic image projector 1C. More specifically, in the selection step S3 (see FIGS.
  • the stereoscopic image 35 is observed from the surface 31p side of the base 31 when generating the image light L whose direction is changed in the image projection unit 30A. An image corresponding to the direction of the line of sight of the observer V to be selected is selected.
  • FIG. 19A is a diagram for explaining the operational effects of the conversion optical system 10 ⁇ / b> A of the first embodiment that does not include the third optical member 13.
  • the image light L is emitted to the image projection unit 30A. Accordingly, the image light L is irradiated on a range E1 including the end points M1, M2 and the midpoint M3 on the image projection unit 30A.
  • the image projection unit 30A When the image projection unit 30A has a curved shape so as to surround the rotation axis RA, the distance until the image light L emitted from the conversion optical system 10A reaches the end points M1 and M2, and until it reaches the middle point M3.
  • a distance difference R1 is generated between the distance and the distance. That is, because the image projection unit 30A is curved, the light near the center of the image light L needs to travel longer than the light near the end of the image light L by the distance difference R1.
  • the distance difference R1 When the distance difference R1 is large, the reproduced stereoscopic image 35 may be distorted.
  • FIG. 19 (b) is a diagram for explaining the operational effects of the conversion optical system 10 ⁇ / b> B of the fourth embodiment including the third optical member 13.
  • the image light L emitted from the conversion optical system 10B of the fourth embodiment is converged in the third direction C6. Accordingly, the image light L is irradiated on a range E2 including the end points M4 and M5 and the midpoint M6 on the image projection unit 30A.
  • This range E2 is narrower than the range E1 of the first embodiment. For this reason, the distance difference R2 between the distance until the image light L emitted from the conversion optical system 10B reaches the end points M4 and M5 and the distance until it reaches the middle point M6 can be reduced. Therefore, distortion of the reproduced stereoscopic image 35 can be suppressed.
  • the conversion optical system 10B including the third optical member 13 is applied to any of the stereoscopic image projector 1A of the first embodiment, the stereoscopic image projector 1B of the second embodiment, and the stereoscopic image projector of the third embodiment. Is possible.
  • the configuration for suppressing the distortion of the stereoscopic image due to the curvature of the image projection unit 30A is not limited to the configuration including the third optical member 13.
  • pre-distorted image light may be emitted from the conversion optical system 10A so that an image is projected without distortion when the image light L is projected onto the curved image projection unit 30A.
  • a matrix indicating distortion is calculated, and image data is multiplied by an inverse matrix of the matrix.
  • the above-described embodiment shows an example of the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C, the stereoscopic image projection method, and the stereoscopic image projection systems 100A to 100C.
  • the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C, the stereoscopic image projection method, and the stereoscopic image projection systems 100A to 100C are not limited to the above-described embodiments.
  • the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C, the stereoscopic image projection method, and the stereoscopic image projection systems 100A to 100C may be modified or applied to others without departing from the scope of the claims.
  • the Fresnel lens is used for the second optical member 12, it is not limited to this.
  • the second optical member 12 an optical member different from a Fresnel lens that can convert the image light L into parallel light may be used.
  • a hologram having the function of the second optical member 12 may be manufactured and used.
  • the first optical member 11 is a linear prism plate, but is not limited to this.
  • an optical member different from a linear prism plate that can convert the traveling direction of the image light L into a predetermined direction may be used.
  • a hologram having the function of the first optical member 11 may be manufactured and used.
  • a lenticular lens is used for the diffusion plate 33, it is not limited to this.
  • an optical member different from the lenticular lens capable of diffusing the projected image light L in a predetermined direction may be used.
  • a prism plate having a fine prism pitch may be used.
  • Image projection unit 30A may be image projection unit 30D having the configuration shown in FIG.
  • a lenticular lens 33 including a plurality of cylindrical lenses 33 a is pasted on the back surface 31 r of the base 31.
  • the non-lens surface 33r of the lenticular lens 33 is pasted so as to face the back surface 31r of the base 31.
  • a reflecting plate 32 b is provided on the lens surface 33 p of the lenticular lens 33.
  • Such a reflector 32b can be formed by vapor deposition of aluminum.
  • the base 31 and the lenticular lens 33 may be integrally formed.
  • the image light L may be irradiated from the lenticular lens 33 side.
  • the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C project the image light L emitted from the image light emission unit 3 including the projector 3b onto the image projection units 30A to 30D.
  • the image light projected on the image projection units 30A to 30D is not limited to this.
  • the image light may be generated, for example, by causing a laser beam, which is light having directivity, to enter a medium on which a hologram is recorded.
  • the image light emitting unit 3 including the projector 3b and the image creating unit 2 are arranged on the vertically lower side of the image projecting unit (screen) 30. Further, the conversion optical systems 10A and 10B and the rotation driving unit 20 are arranged vertically below the image projecting units 30A to 30D.
  • the stereoscopic image projection apparatus is not limited to this arrangement.
  • the image creating unit 2, the image light emitting unit 3, the conversion optical systems 10A and 10B, and the rotation driving unit 20 may be arranged vertically above the image projecting units 30A to 30D.
  • the image creating unit 2, the image light emitting unit 3, the conversion optical systems 10A and 10B, and the rotation driving unit 20 are arranged on the ceiling, and the image light L from the projector 3b is transmitted through the conversion optical systems 10A and 10B to the image projection unit 30A. May be projected to ⁇ 30D.
  • first optical member 11, the second optical member 12, and the third optical member 13 may produce and use holograms having these functions, or multiple exposures may be performed by combining the functions combined with each other. It may be produced and used.
  • the first optical member 11, the second optical member 12, and the third optical member 13 may be produced as reflection holograms to control the traveling direction of light.
  • the image light emitting unit 3 is arranged vertically above the image projecting units 30A to 30D, and the conversion optical systems 10A and 10B and the rotation driving unit 20 are arranged vertically below the image projecting units 30A to 30D.
  • the image light emitting unit 3 may be arranged vertically below the image projecting units 30A to 30D, and the conversion optical systems 10A and 10B and the rotation driving unit 20 may be arranged vertically above the image projecting units 30A to 30D.
  • the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C are provided with the conversion optical systems 10A and 10B so that the optical axis AL of the stereoscopic image projection apparatuses 1A to 1C is along the vertical direction.
  • the conversion optical systems 10A and 10B of the stereoscopic image projectors 1A to 1C may be arranged in a direction in which the optical axis AL of the conversion optical systems 10A and 10B intersects the vertical direction.
  • the conversion optical systems 10A and 10B may be arranged so that the optical axis AL is along the horizontal direction.
  • the image projection units 30A to 30D are arranged so as to be curved in a direction perpendicular to the rotation axis RA along the horizontal direction.
  • the stereoscopic image projectors 1A to 1C may be used for projecting a stereoscopic image on a dashboard of an automobile.
  • image light is emitted from the image generation unit and the image projection unit embedded in the dashboard, and a stereoscopic image is projected by the image projection unit installed on the dashboard.
  • the windshield may be used as the base of the image projection unit.
  • a reflection plate and a diffusion plate are formed on the windshield.
  • An optical sheet having a diffraction grating is attached to the windshield.
  • the stereoscopic image projectors 1A to 1C may be used to project a stereoscopic image on a stage or screen such as an exhibition hall, a movie theater, or a theater. Moreover, you may comprise the product which adds this and adds a stereoscopic video display as an added value.
  • a stereoscopic image projection device a stereoscopic image projection method, and stereoscopic image projection systems 100A to 100C in which a region where a stereoscopic image can be visually recognized is expanded.

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Abstract

立体画像投影装置１Ａは、画像光Ｌが入射される入射面１１ｐ及び出射面１１ｒを有し、出射面１１ｒにおける画像光Ｌの出射方向Ｃ１と出射面１１ｒとが所定の角度をなすように画像光Ｌの進行方向Ｃ１を転換する板状の第１光学部材１１を含む転換光学系１０Ａと、出射面１１ｒ上の所定点を回転中心として、転換光学系１０Ａを出射面１１ｒに沿って回転駆動する回転駆動部２０と、回転中心を含む回転軸ＲＡに沿って立設され、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの進行方向Ｃ１を回転軸ＲＡに対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌを回転軸ＲＡに沿った第２方向に拡散する画像投影部３０Ａと、を備える。

Description

立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム
　本発明は、立体画像を投影する立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムに関する。
　従来から、リアリティの高い画像を表示させるために、物体の三次元画像を空間に表示させる画像表示システムが開発されている。このようなシステムの例として、特許文献１には、ホログラムの記録時に予め定めた方向に画像を投影する立体画像投影装置が記載されている。この立体画像投影装置は、観察者の位置の変化に応じて再現性の高い立体画像を表示する。
特開２００９－２２２７８７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の立体画像投影装置は、所定の方向に出射された画像光を回転させて形成された空間領域に立体画像を表示する。従って、立体画像が表示される領域が限定される傾向にあった。
　そこで、本発明は係る課題に鑑みて為されたものであり、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することが可能な立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムを提供することを目的とする。
　本発明の一側面の立体画像投影装置は、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有し、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する板状の第１光学部材を含む転換光学系と、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備える。
　また、本発明の他の側面の立体画像投影方法は、回転駆動部により回転駆動される転換光学系から画像投影部に画像光を投影して立体画像を得る方法であって、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た複数の原画像のそれぞれを、原画像の一方向に沿って分割して分割画像を形成する分割工程と、複数の分割画像から、転換光学系の回転角度、及び画像投影部に投影された画像光の画像投影部における位置に基づいて分割画像を選択する選択工程と、選択された分割画像を組み合わせて画像光を発生するための投影画像を作成する結合工程と、投影画像が反映された画像光を生成し、転換光学系を通じて画像投影部に投影する投影工程と、を備え、投影工程では、画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部から画像光を転換光学系に出射し、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する転換光学系により画像光の進行方向を転換し、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動し、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部に画像光を出射する。
　また、本発明の他の側面の立体画像投影システムは、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得られた複数の原画像を用いて投影画像を作成する画像作成部と、投影画像が反映された画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部と、画像光が入射される入射面及び入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、出射面における画像光の出射方向と出射面とが所定の角度をなすように画像光の進行方向を転換する転換光学系と、出射面上の所定点を回転中心として、転換光学系を出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、回転中心を含む回転軸に沿って立設され、転換光学系から出射された画像光の進行方向を回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、転換光学系から出射された画像光を回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備え、投影画像は原画像の一方向に沿って原画像が分割された複数の分割画像により構成され、分割画像は、転換光学系の回転角度、及び画像投影部に投影された画像光の画像投影部における位置に基づいて選択される。
　この立体画像投影装置、立体画像投影方法及び立体画像投影システムによれば、転換光学系が画像光の進行方向を転換する。この転換光学系は、所定点を回転中心として回転している。このため、画像光は、転換光学系の回転に伴って、画像投影部に回転軸のまわりにスキャンされながら投影される。そして、画像投影部は、投影された画像光の進行方向を第１方向に転換する。この第１方向は、画像投影部上の位置と該位置への入射角度に対応している。このため、画像光が画像投影部上をスキャンされながら投影されると、画像投影部上の位置及び該位置への入射角度に対応して、互いに異なる方向に画像光が投影される。従って、観察者の視点に応じた画像を投影させることが可能となるので、立体画像を表示させることができる。このように、転換光学系と画像投影部とを用いることで、転換光学系から離れた広い領域に立体画像を生成できる。さらに、画像投影部は、投影された画像光を一方向に拡散する。これにより、立体画像が視認できる領域を一方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することができる。
　画像投影部は、回折格子を含んでもよい。この画像投影部によれば、特定の方向から入射された画像光のみを、第１方向へ方向転換する。このため、画像光の入射方向以外の方向から、画像投影部へ光が入射しても、第１方向に進行する光に方向転換されることがない。従って、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。
　画像投影部は、回折格子を含む反射型のホログラムであってもよい。この画像投影部によれば、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。
　前記画像投影部は、回折格子を含む透過型のホログラムであってもよい。この画像投影部によれば、画像投影部への外乱光の映り込みによる立体画像の視認性の低下を抑制できる。さらに、この画像投影部によれば、実在する物体と重ね合わせるように立体画像を表示することができる。
　画像投影部は、画像光を第１方向に反射する反射板と、画像光を第２方向に拡散する拡散板と、を有し、反射板と拡散板とは積層されてもよい。この構成によれば、画像投影部を容易に形成することができる。
　拡散板は複数のシリンドリカルレンズを含むレンチキュラーレンズであってもよい。この構成によれば、画像光を一方向に拡散することができる。
　拡散板のレンズ面には、反射板が設けられていてもよい。この構成によれば、拡散板と反射板との機能を一体化することができる。
　転換光学系は、第２光学部材をさらに含み、第２光学部材は、画像光を平行光に変換すると共に第１光学部材の入射面に対して平行光に変換された画像光を出射してもよい。
　転換光学系は、第３光学部材をさらに含み、第３光学部材は、画像投影部に対して第３方向に収束させた画像光を出射し、第３方向は、回転軸に対して直交する面に沿った方向であり且つ第１光学部材の出射面における出射方向に直交する方向であってもよい。この転換光学系によれば、画像光の中央付近の光と画像光の端部付近の光との間で、転換光学系から画像投影部までの距離差が小さくなる。従って、転換光学系から画像投影部までの距離差に起因する立体画像の歪の発生を抑制することができる。また、転換光学系は、第１～第３光学部材の機能をそれぞれ組み合わせた透過型のホログラムであってもよい。また、転換光学系は、第１～第３光学部材の機能をそれぞれ組み合わせた反射型のホログラムであってもよい。
　画像投影部は、回転軸に垂直な方向に湾曲した形状であってもよい。このような構成によれば、画像光が投影される範囲を拡大することができる。これにより、画像光が拡散される方向に直交する方向、すなわち奥行き方向に画像光を投影することが可能となる。従って、立体画像が視認できる領域をさらに拡張することができる。
　本発明の立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムによれば、立体画像が視認できる領域を容易に拡張することができる。
第１実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。 図１の立体画像投影システムの構成を説明するための構成図である。 図１の画像投影部を説明するための図である。 図１の画像投影部を説明するための図である。 第１実施形態の立体画像投影方法の主要な工程を説明するためのフロー図である。 第１実施形態の立体画像投影方法の一工程を説明するための図である。 第１実施形態の立体画像投影方法の一工程を説明するための図である。 第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。 第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。 第１実施形態の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。 第２実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。 図１１の画像投影部を説明するための図である。 図１１の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。 図１２の画像投影部を製造する方法を説明するための図である。 第３実施形態の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。 第３実施形態の画像投影部を製造する方法を説明するための図である。 第４実施形態の立体画像投影装置を含む立体画像投影システムの構成を説明するためのブロック図である。 図１７の立体画像投影装置の動作を説明するための図である。 図１７の立体画像投影装置の効果を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影部の変形例を説明するための図である。 比較例の立体画像投影装置を説明するための図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明による立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
　図１及び図２は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａを含む立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するための図である。図１は立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するためのブロック図である。図２は、立体画像投影システム１００Ａの構成を説明するための図である。図１及び図２に示されるように、立体画像投影システム１００Ａは、立体画像投影装置１Ａ、画像作成部２、及び画像光出射部３を備えている。
　画像作成部２は、投影画像を作成する。投影画像とは、画像光出射部３により投影される画像である。画像光とは、画像光出射部３から照射される投影画像が反映された光である。投影画像の作成工程は後述する。画像作成部２が配置される位置は特に限定されないが、第１実施形態では立体画像投影装置１Ａの下側に配置されている。画像作成部２には、例えばデータ記録装置、作業用メモリ、及びＣＰＵなどを備えたコンピュータが用いられる。
　画像光出射部３は、画像光Ｌを生成し、立体画像投影装置１Ａに向けて出射する。この画像光Ｌは、画像作成部２において作成された投影画像に基づいて生成される。画像光出射部３は、立体画像投影装置１Ａの下側に配置されている。画像光出射部３は、立体画像投影装置１Ａの上側に配置されてもよい。画像光出射部３は、制御部３ａ及びプロジェクタ３ｂを備えている。
　制御部３ａには立体画像投影装置１Ａから後述する回転角度を示す位置データが逐次入力される。制御部３ａは、この位置データに基づいて投影画像をプロジェクタ３ｂに出力する。
　プロジェクタ３ｂは、投影画像に基づいて画像光Ｌを生成し、立体画像投影装置１Ａに向けて出射する。プロジェクタ３ｂには、投影画像が反映された画像光Ｌをパルス状に連続的に出射することができるデバイスを用いる。例えば、テキサスインスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を内蔵するプロジェクタを用いることができる。立体画像装置１で立体画像を生成するときには、例えば、後述する転換光学系１０Ａが０．７度だけ回転する毎に画像光Ｌを投影する。立体の動画像を生成する場合には、１秒間に３０コマの画像光Ｌを投影する。このため、プロジェクタ３ｂは、少なくとも１秒間に１５０００コマの画像光Ｌを投影可能に構成されている。
　立体画像投影システム１００Ａは、光軸調整用のミラー４を備えている。ミラー４は、画像光出射部３から出射された画像光Ｌを立体画像投影装置１Ａに導光する。ミラー４は、プロジェクタ３ｂの光軸ＡＰ及び立体画像投影装置１Ａの光軸ＡＬが交差する位置に配置されている（図２参照）。立体画像投影システム１００Ａはミラー４を備えているが、立体画像投影システム１００Ａはミラー４を備えていなくてもよい。例えば、ミラー４を備えていない立体画像投影システムでは、プロジェクタ３ｂの光軸ＡＰが立体画像投影装置１Ａの光軸ＡＬに重なるように画像光出射部３が配置される。
　立体画像投影装置１Ａは、転換光学系１０Ａ、回転駆動部２０、及び画像投影部３０Ａを備えている。
　転換光学系１０Ａは、プロジェクタ３ｂから出射された画像光Ｌの進行方向を転換する。転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転可能に構成されることにより、進行方向が転換された画像光Ｌを回転方向にシフトさせて画像光Ｌを画像投影部３０Ａに出射する。転換光学系１０Ａは、第１光学部材１１及び第２光学部材１２を備えている。第１光学部材１１及び第２光学部材１２は、画像光出射部３側から、第２光学部材１２、第１光学部材１１の順に配置されている。
　第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を転換する偏向光学プレートである。第１光学部材１１は、画像光Ｌを透過可能な円板状の形状を有している。第１光学部材１１は、入射面１１ｐ及び出射面１１ｒを有している。入射面１１ｐは画像光Ｌが入射される面である。出射面１１ｒは入射面１１ｐの反対側にあって、画像光Ｌを出射する面である。第１光学部材１１は、出射面１１ｒにおける画像光Ｌの出射方向Ｃ１と出射面１１ｒとが所定の角度Ａ１をなすように画像光Ｌの進行方向を転換する。所定の角度は画像投影部３０Ａの形状、大きさ或いは画像投影部３０Ａと転換光学系１０Ａとの位置関係に基づいて設定される。第１実施形態では、所定の角度Ａ１は６８度である。
　第１実施形態において、第１光学部材１１は、例えば入射された光の進行方向を所定の方向に転換可能なリニアプリズム板である。リニアプリズム板は、プリズムを平面上に並設した板状の光学部材である。リニアプリズム板は、プリズムとプリズムとの間のピッチが１ｍｍ以下に設定されている。第１実施形態のリニアプリズム板のピッチは、０．３ｍｍである。
　第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を所定の角度だけ転換できる１つのリニアプリズム板から構成されてもよいし、複数のリニアプリズム板を組み合わせて構成されてもよい。第１実施形態の第１光学部材１１は、画像光Ｌの進行方向を２２度だけ転換でできる１枚のリニアプリズム板で構成されている。
　第１光学部材１１は、第１光学部材１１の中心を回転中心として、回転駆動部２０により回転駆動される。これにより、画像光Ｌの出射方向Ｃ１が回転方向に沿ってシフトされる。
　第１光学部材１１は、回転基準用部材１１ａを有している。回転基準用部材１１ａは、第１光学部材１１の回転角度を取得するための基準である。回転基準用部材１１ａは、例えば円板状の第１光学部材１１の外周縁に等間隔に配置された凸部である。
　第２光学部材１２は、画像光Ｌを平行光に変換する。第２光学部材１２は、立体画像投影装置１Ａの入射画像光の光軸ＡＬに沿って第１光学部材１１よりも画像光出射部３側に配置されている。すなわち、画像光Ｌは、第２光学部材１２を通過した後に、第１光学部材１１に入射する。第１実施形態において、第２光学部材１２は、焦点から出射された光を平行光に変換することが可能なフレネルレンズである。フレネルレンズは、通常のレンズを平行領域に分割したレンズである。フレネルレンズは、平行直線上に形成された複数のレンズを有するため、焦点から出射された画像光Ｌを平行光に変換する。第１実施形態のフレネルレンズは、例えば外径が３００ｍｍであり、焦点距離が６００ｍｍである。第２光学部材１２にフレネルレンズを用いることにより、第２光学部材１２の厚さを薄くすることができる。
　回転駆動部２０は、転換光学系１０Ａを一方向に回転駆動する。回転駆動部２０は、転換光学系１０Ａを出射面１１ｒ上の中心を回転軸ＲＡとして出射面１１ｒに沿って回転させる。回転駆動部２０は、コントロールボード２１、サーボアンプ２２、回転駆動機構２３、及びエンコーダ２４を備えている。
　コントロールボード２１は、サーボアンプ２２に駆動信号を出力する。また、コントロールボード２１は、後述するエンコーダ２４から出力された数値に基づいて、第１光学部材１１の回転角度を算出し、画像光出射部３の制御部３ａに、その回転角度を示す位置データを出力する。サーボアンプ２２は、コントロールボード２１から出力された駆動信号に基づいて、回転駆動機構２３を所望の角速度で回転駆動する。回転駆動機構２３は、外部からの電力の供給により、転換光学系１０Ａを所望の角速度で回転させる。このような回転駆動機構２３は、電気モータ、及びベルトドライブ、ギア等により実現することができる。エンコーダ２４は、第１光学部材１１の回転基準用部材１１ａに基づく数値を取得し、コントロールボード２１に出力する。
　図３及び図４は、画像投影部３０Ａの構成を説明するための図である。画像投影部３０Ａは、画像光Ｌを所定の方向に反射すると共に、画像光Ｌを一方向（第２方向）に拡散する。ここで、第１実施形態における一方向とは回転軸ＲＡに沿った方向である。画像投影部３０Ａは、回転中心を含む回転軸ＲＡに沿って立設され、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状である。画像投影部３０Ａは、基部３１の上に反射板３２及び拡散板３３が積層された構成を有する。図４を参照すると、基部３１の上に反射板３２が形成され、反射板３２の上に拡散板３３が形成されている。
　基部３１は、画像光Ｌが投影される表面３１ｐ、表面３１ｐの反対側にある裏面３１ｒを有する。基部３１には、例えば、光学的に透明な部材であるＰＭＭＡ（アクリル）やＰＣ（ポリカーボネート）はガラスを用いることができる。基部３１は、回転軸ＲＡの方向から見ると所定の曲線状の形状を有している。所定の曲線は、例えば円錐曲線である円、楕円、放物線、又は双曲線である。第１実施形態における基部３１の形状は、直径が６００ｍｍである円筒を一部切り欠いた形状である。基部３１は、所定の曲線が回転軸ＲＡ方向に延在して、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状を形成している。
　反射板３２は、画像投影部３０Ａに入射する画像光Ｌを反射する。この反射板３２には、例えば合成樹脂製の反射材であるアクリルミラーを用いることができる。
　拡散板３３は、画像光Ｌを回転駆動部２０の回転軸ＲＡに沿った方向（第２方向）に拡散する。拡散板３３は、反射板３２の上に配置されている。この拡散板３３は、例えば、複数のシリンドリカルレンズ３３ａを備えたレンチキュラーレンズである。レンチキュラーレンズは、シリンドリカルレンズ３３ａの曲面が露出したレンズ面３３ｐ、及びレンズ面３３ｐの反対側にある非レンズ面３３ｒを有する。
　シリンドリカルレンズ３３ａの延びた方向は回転軸ＲＡの方向と交差している。また、レンチキュラーレンズには、例えば１インチ当り１６０本のシリンドリカルレンズ３３ａが配置されている（ＬＰＩ＝１６０）。レンチキュラーレンズは、例えば光学接着用両面テープを用いて基部３１の反射板３２上に貼り付けられている。第１実施形態では、非レンズ面３３ｒが反射板３２と向かい合うように貼り付けられる。レンチキュラーレンズの貼り付けには、例えば、両面テープとして、日東電工社製の光学用透明粘着シートＬＵＣＩＡＣＳ（登録商標）ＣＳ９６２１ＴあるいはＬＵＣＩＡＣＳ（登録商標）ＣＳ９６２２Ｔを用いることができる。
　次に、立体画像投影方法について説明する。図５は、第１実施形態の立体画像投影方法の主要な工程を示すフロー図である。第１実施形態の立体画像撮影方法は、分割工程Ｓ１、選択工程Ｓ２、結合工程Ｓ３、及び投影工程Ｓ４を備えている。
　はじめに、原画像を準備する。図６（ａ）は、原画像を準備する工程を説明するための図である。原画像は、物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た画像である。図６（ａ）では一例として、物体４１を正面視して、右回転方向に６０度、左回転方向に６０度の範囲において、６０度毎に撮影することにより、原画像４２～４４を得る例を示している。撮影された原画像４２～４４は、画像作成部２に入力される。なお、原画像は、例えば実在の物体４１を投影対象とし、物体４１をデジタルカメラ等により撮影して得た画像であってもよい。また、コンピュータグラフィックスにより投影対象を生成した画像であってもよい。さらに、ビデオカメラ等により撮影した画像を、画像作成部２にリアルタイムに入力したものであってもよい。
　次に、原画像４２～４４を分割する工程を実施する（Ｓ１：分割工程）。図６（ｂ）は、原画像を分割する工程を説明するための図である。この工程Ｓ１では、画像作成部２に入力された原画像４２～４４のそれぞれを、原画像４２～４４の一方向に沿って分割して分割画像を生成する。本実施形態の一方向とは、原画像の縦方向である。分割数は、例えば画像投影部３０Ａの形状或いは大きさに基づいて設定される。図６（ｂ）では原画像は３つに分割されているが、実際の分割数は３つ以上であってもよく、例えば分割数は１６以上であってもよい。この分割数には、特に上限はない。
　続いて、分割画像から所定の画像を選択する（Ｓ３：選択工程）。所定の画像は、転換光学系１０Ａの回転角度と、画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌの位置に基づいて選択される。
　選択工程Ｓ３についてさらに詳細に説明する。第１光学部材１１から画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌは、画像投影部３０Ａの反射板３２により反射される。このとき、反射板３２は基部３１の形状に沿った曲面を有しているので、画像光Ｌは画像投影部３０Ａに投影された位置Ｐａ～Ｐｃ毎に異なる方向に反射される。一方、転換光学系１０Ａが回転することにより画像光Ｌの位置が移動する。この移動により反射板３２に対する入射角度は、それぞれの位置Ｐａ～Ｐｃにおいて変化する。従って、画像光Ｌは、転換光学系１０Ａの回転角度毎に異なる方向に反射される。そして、異なる方向に反射されるそれぞれの画像光Ｌを生成する画像として、それぞれの方向から見た原画像から形成された画像が選択される。
　例えば、図７を参照すると、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの一部Ｌ１は、画像投影部３０Ａに対する入射角度φ１に対応する反射角度φ２で、方向Ｄ１に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ１は、物体４１を方向Ｄ１から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４２を分割した分割画像４２ａ～４２ｃのいずれか１つが選択される。
　また、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの一部Ｌ２は、方向Ｄ２に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ２は、物体４１を方向Ｄ２から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４３を分割した分割画像４３ａ～４３ｃのいずれか１つが選択される。
　そして、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの別の一部Ｌ３は、方向Ｄ３に反射される。このため、画像光Ｌの一部Ｌ３は、物体４１を方向Ｄ３から見た投影画像が反映されたものであることを要する。従って、原画像４３を分割した分割画像４４ａ～４４ｃのいずれか１つが選択される。
　続いて、選択された分割画像を結合する（Ｓ５：結合工程）。この工程Ｓ５では、選択された分割画像を結合して１つの結合投影画像を形成する。
　そして、結合投影画像を画像光出射部３に入力し、結合投影画像が反映された画像光Ｌを画像投影部３０Ａに投影する（Ｓ７：投影工程）。投影工程Ｓ４では、画像光Ｌを、転換光学系１０Ａを介して画像投影部３０Ａに投影する。以上の工程を経て立体画像が投影される。
　分割工程Ｓ１、選択工程Ｓ２、及び結合工程Ｓ３により画像投影部３０Ａに投影する結合投影画像を生成する工程について説明した。近年は、画像処理装置（画像処理ボード）の性能が高いため、これらの工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をアルゴリズム化し、ソフトウェア的に自動処理（アルゴリズム）して結合投影画像を生成してもよい。
　比較例の立体画像投影装置の問題点について説明する。図２１は、比較例の立体画像投影装置９０の効果を説明するための図である。立体画像投影装置９０は、画像光出射部９１、転換光学系９２、及び回転駆動部９３を備えている。転換光学系９２は、第１光学部９２ａ、第２光学部９２ｂ、及び拡散板９２ｃを備えている。第１光学部９２ａは、画像光Ｌを平行光に変換する。第２光学部９２ｂは、平行光に変換された画像光Ｌの進行方向を転換する。拡散板９２ｃは、進行方向が転換された画像光Ｌを所定の方向に拡散させる。すなわち、立体画像投影装置９０は、画像投影部３０Ａを備えていない点、及び転換光学系９２が拡散板９２ｃを備えている点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違している。
　立体画像投影装置９０は、画像光出射部９１から出射された画像光Ｌを転換光学系９２を介して投影する。そうすると、画像光Ｌの進行方向が転換され、且つ方向が転換された状態で回転する。従って、三角錐形状の空間領域９４に立体画像９５が投影される。このような立体画像投影装置９０によれば、立体画像９５が投影される領域は空間領域９４に制限される。空間領域９４は、拡散板９２ｃの表面９２ｐの近傍に形成されるため、立体画像９５が空中に浮遊しているかのような投影を実現することが困難である。
　一方、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａによれば、転換光学系１０Ａが画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ａに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ａは反射板３２を有するため、投影された画像光Ｌが入射角に対応した反射角で反射される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ａにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動される。このように、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ａとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
　ここで、図８を参照する。図８は、立体画像投影装置１Ａの効果を説明するための図である。図８（ａ）は、所定の回転角度における一部の画像光Ｌの進行方向を示している。画像光Ｌは、画像投影部３０Ａの所定の点Ｐａにおいて、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄａの方向に向かって進行する。続いて、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から転換光学系１０Ａが一定の角度だけ回転したときにおける一部の画像光Ｌの進行方向を示している。このとき、点Ｐａにおいて反射される画像光Ｌは、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄｂの方向に向かって進行する。さらに、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の状態から転換光学系１０Ａが一定の角度だけ回転したときにおける一部の画像光Ｌの進行方向を示している。このとき、点Ｐａにおいて反射される画像光Ｌは、入射角に対応する反射角で反射され、矢印Ｄｃの方向に向かって進行する。このように、被投影位置が移動されると画像投影部３０Ａから、互いに異なる方向に画像光Ｌが反射される。従って、立体画像を表示させることができる。
　図９は立体画像投影装置１Ａの効果を説明するための図である。立体画像投影装置１Ａでは、画像投影部３０Ａの拡散板３３が投影された画像光Ｌを一方向に拡散させる。第１実施形態の拡散板３３は、シリンドリカルレンズ３３ａの延びた方向Ｄｒが回転軸ＲＡと交差するように配置されている。これにより、画像投影部３０Ａで反射された画像光Ｌが回転軸ＲＡに沿った方向Ｄｐに拡散されるので、立体画像３５が視認される垂直方向の領域を回転軸ＲＡに沿った方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像３５が視認される垂直方向の領域を容易に拡張することができる。
　立体画像３５が表示される領域は、画像投影部３０Ａに囲まれた領域に形成される。画像投影部３０Ａは転換光学系１０Ａから所定距離だけ離間して配置されているため、転換光学系１０Ａから回転軸ＲＡの方向に離間した位置に、立体画像３５を表示させることができる。このため、立体画像３５が空中に浮遊しているかのような投影を実現することができる。
　図１０は立体画像投影装置１Ａの効果を別の観点から説明するための図である。立体画像投影装置１Ａの画像投影部３０Ａは、回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状である。このため、画像投影部３０Ａから反射された画像光Ｌは画像投影部３０Ａに囲まれた領域に投影される。より詳細には、画像投影部３０Ａから反射された画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ、点Ｐｄからの画像光Ｌの反射方向Ｄｄを含む面、及び点Ｐｅからの画像光Ｌの反射方向Ｄｅを含む面に囲まれた領域に投影される。従って、立体画像が視認される領域を、いわゆる奥行き方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像が視認される領域をさらに拡張することができる。
　点Ｐｄは画像投影部３０Ａを回転軸ＲＡの方向から見たときの画像投影部３０Ａの一端である。点Ｐｄからは、互いに異なる方向に画像光Ｌが反射される。この反射された画像光Ｌにおいて、画像投影部３０Ａから離間する方向成分を有する方向が反射方向Ｄｄである。また、点Ｐｅは、画像投影部３０Ａを回転軸ＲＡの方向から見たときの画像投影部３０Ａの他端である。点Ｐｅからの反射された画像光Ｌにおいて、画像投影部３０Ａから離間する方向成分を有する方向が反射方向Ｄｅである。
　さらに、立体画像投影装置１Ａを含む立体画像投影システム１００Ａによれば、転換光学系１０Ａでは画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ａに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ａは反射板３２を有するため、投影された画像光Ｌが入射角に対応した反射角で反射される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ａにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動される。当該被投影位置が移動されると、画像投影部３０Ａに対する画像光Ｌの入射角が変化し、入射角の変化に伴い反射角も変化する。そして、投影される画像光Ｌは、転換光学系１０Ａの回転角度、及び回転角度から画像投影部３０Ａに投影された画像光Ｌの画像投影部３０Ａにおける位置に基づいて選択された選択画像からなる投影画像を反映している。従って、互いに異なる方向に、該方向に対応した画像光Ｌが投影されるので、観察者の位置が変化しても再現性の高い立体画像を表示させることができる。このように、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ａとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。そして、画像投影部３０Ａの拡散板３３は、投影された画像光Ｌを一方向に拡散する。これにより、画像投影部３０Ａで反射された画像光Ｌが一方向に拡散されるので、立体画像３５が表示される領域を一方向に拡張することが可能となる。従って、立体画像３５が表示される領域を容易に拡張することができる。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂを含む立体画像投影システム１００Ｂを説明する。図１１に示すように、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂは、反射板３２及び拡散板３３に代えて、回折格子が形成された光学シート３６を画像投影部３０Ｂが含む点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂのその他の構成は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様である。以下、画像投影部３０Ｂについて詳細に説明する。
　図１２に示すように、画像投影部３０Ｂは、基部３１及び光学シート３６を有している。回折格子が形成された光学シート３６は、基部３１の表面３１ｐに貼り付けられている。ここで、光学シート３６は、例えばホログラムを用いることができる。ホログラムは、ホログラフィー技術を用いて光の情報を記録した媒体である。このホログラムに光を照射すると、ホログラムを構成する回折格子により光の回折が生じ、ホログラムに記録された光の情報である光強度と位相とが再現された光が生じる。
　図１３に示すように、光学シート３６には、反射型ホログラム（リップマン型ホログラム）を用いることができる。この光学シート３６には、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌと同じ方向に進行する光を参照光ＲＬとし、物体光ＯＬの情報が記録されている。光学シート３６に記録された物体光ＯＬは、画像投影部３０Ｂの裏面３１ｒから入射される光である。すなわち、物体光ＯＬとしては、回転軸ＲＡに対して直交する面に沿った第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４（第２方向）に拡散する光が記録される。従って、この光学シート３６に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、物体光ＯＬと同じ情報を有する光が再現される。すなわち、この光学シート３６に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、回転軸ＲＡに対して直交する面内の第１方向Ｃ３に進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光が再現される。このとき、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの出射方向Ｃ５と、画像投影部３０Ｂで方向が転換された画像光Ｌの進行方向Ｃ３ａとの間の角度Ａ３は９０°以下に設定されている。
　次に、反射型ホログラムである光学シート３６を製造する方法を説明する。図１４に示すように、ホログラムが記録される感光性シート３６ａを準備して、基部３１の表面３１ｐに張り付ける。次に、基部３１の裏面３１ｒにレンチキュラーレンズを有するレンズシート３７を配置する。そして、基部３１の裏面３１ｒ側から物体光ＯＬを照射すると共に、基部３１の表面３１ｐ側から参照光ＲＬを照射する。物体光ＯＬは、基部３１の裏面３１ｒに対して垂直に入射する平行光である。参照光ＲＬは、基部３１の表面３１ｐに対して所定の角度を持って入射する平行光である。なお、所定の角度は、一例として３１ｐの表面から２２度である。これらの物体光ＯＬと参照光ＲＬとが感光性シート３６ａに入射されると、物体光ＯＬと参照光ＲＬとによる干渉縞に対応する回折格子が感光性シート３６ａに記録される。以上の手順により、反射型ホログラムである光学シート３６が製造される。また、立体画像投影装置１Ｂにおいてカラーの立体画像を表示させる場合には、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬをそれぞれ、赤、緑、青のレーザ光で多重露光することにより光学シート３６を製造する。
　なお、光学シート３６の製造方法は上記方法に限定されない。例えば、本発明者により発明されたホログラム作成装置（特開平１１－２４９５３６号公報）に記載された装置を用いて光学シート３６を製造してもよい。また、光学シート３６は、露光して制作した後に基部３１に貼り付けても良い。
　次に、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂを用いた立体画像の投影方法について説明する。画像投影装置１Ｂは、画像投影部３０Ｂが反射型ホログラムである光学シート３６を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、立体画像投影装置１Ｂを用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。
　第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、転換光学系１０Ａが画像光Ｌの進行方向を所定の方向に転換するので、転換光学系１０Ａの回転に伴って画像光Ｌが画像投影部３０Ｂに回転軸ＲＡのまわりにスキャンされながら投影される。この画像投影部３０Ｂは反射型ホログラムである光学シート３６を有する。このため、投影された画像光Ｌが、光学シート３６に記録された物体光ＯＬの進行方向と同じ方向Ｃ３ａに転換されると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散される。この転換光学系１０Ａは、回転駆動部２０により回転駆動されるので、画像投影部３０Ｂにおける画像光Ｌの被投影位置が回転方向に移動する。この第１方向Ｃ３ａは、画像投影部３０Ｂ上の位置と該位置への画像光Ｌの入射角度に対応している。このため、画像光Ｌが画像投影部３０Ｂ上をスキャンされながら投影されると、画像投影部３０Ｂ上の位置及び該位置への入射角度に対応して、互いに異なる方向に画像光Ｌが投影される。従って、観察者Ｖの視点に応じた画像を投影させることが可能となるので、立体画像３５を表示させることができる。また、転換光学系１０Ａと画像投影部３０Ｂとを用いることで、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
　第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが反射型ホログラムである光学シート３６を有している。この光学シート３６によれば、参照光ＲＬと同じ方向から光が入射された場合に、物体光ＯＬと同様の情報を有する光が再現される。すなわち、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌのみに対応し、この画像光Ｌを第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光に転換する。このため、画像光Ｌの入射方向以外の方向から、画像投影部３０Ｂに光が入射しても、第１方向Ｃ３ａに進行すると共に、方向Ｃ４に拡散する光に転換されることがない。従って、外乱光の画像投影部３０Ｂへの映り込みによる立体画像３５の視認性の低下を抑制することができる。
　また、基部３１を黒色の部材を選定したり、裏面３１ｒあるいは表面３１ｐを黒色にすれば、背景のコントラストが向上するため立体画像３５の視認性をより高めることができる。
　第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが拡散板３３を備えていない。従って、拡散板３３の回折により発生する色分散の発生を抑制できるので、立体画像３５の色むらの発生を抑制することができる。
　また、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂによれば、画像投影部３０Ｂが拡散板３３を備えていないことと、画像光Ｌの入射方向からの光しか方向Ｃ４に拡散する光に転換されることがないため、画像投影部３０Ｂを透明に製作することができる。これにより観察者Ｖは画像投影部３０Ｂの手前または奥側の空間に表示される３次元立体映像を観察すると共に、画像投影部３０Ｂの反対側にある物体や景色も透過して観察することができる。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態の立体画像投影装置を説明する。第３実施形態の立体画像投影装置は、反射板３２及び拡散板３３に代えて、回折格子が形成された光学シート３８を画像投影部３０Ｃが備える点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。また、第３実施形態の立体画像投影装置は、反射型ホログラムである光学シート３６に代えて、透過型ホログラムである光学シート３８を備える点で、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂと相違する。第３実施形態の立体画像投影装置のその他の構成は、第１及び第２実施形態の立体画像投影装置１Ａ，１Ｂと同様である。以下、光学シート３８を備える画像投影部３０Ｃについて詳細に説明する。
　図１５に示すように、画像投影部３０Ｃは、基部３１及び光学シート３８を有している。基部３１には、光学的に透明な部材であるＰＭＭＡやＰＣやガラスを用いることができる。回折格子が形成された光学シート３８は、基部３１の表面３１ｐに貼り付けられている。ここで、光学シート３８には、透過型ホログラムが用いられている。この光学シート３８には、転換光学系１０Ａから出射される画像光Ｌと同じ方向に進行する光を参照光ＲＬとし、物体光ＯＬの情報が記録されている。光学シート３８に記録された物体光ＯＬとしては、基部３１の表面３１ｐ側から入射される光であり、回転軸ＲＡに直交する面に沿った第１方向Ｃ３ｂに進行すると共に、回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４に拡散する光が記録される（図１６参照）。従って、この光学シート３８に参照光ＲＬと同じ方向から光を入射すると、物体光ＯＬと同じ情報を有する光が再現される。すなわち、この光学シート３８に参照光ＲＬと同じ方向から画像光Ｌを入射すると、第１方向Ｃ３ｂに進行すると共に、方向Ｃ４に拡散する画像光Ｌが再現される。このとき、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌの出射方向Ｃ５と、画像投影部３０Ｃで方向が転換された画像光Ｌの進行方向Ｃ３ｂとの間の角度Ａ４は９０°以上に設定されている。
　次に、透過型ホログラムである光学シート３８を製造する方法を説明する。図１６に示すように、透過型ホログラムが記録される感光性シート３８ａを準備して、基部３１の表面３１ｐに貼り付ける。次に、基部３１の表面３１ｐ側に感光性シート３８ａから離間させて、レンチキュラーレンズを有するレンズシート３７を配置する。そして、基部３１の表面３１ｐ側から物体光ＯＬを照射すると共に、基部３１の表面３１ｐ側から参照光ＲＬを照射する。感光性シート３８ａに入射する物体光ＯＬは、レンズシート３７から照射される光であり、基部３１に直交すると共に一方向に拡散する光である。参照光ＲＬは、基部３１の表面３１ｐに対して所定の角度Ａ２を持って入射する平行光である。なお、所定の角度Ａ２は、一例として６８度である。以上の手順により、透過型ホログラムである光学シート３８が製造される。また、立体画像投影装置においてカラーの立体画像を表示させる場合には、参照光ＲＬ及び物体光ＯＬをそれぞれ、赤、緑、青のレーザ光で多重露光することにより光学シート３８を製造する。或いは、光学シート３８は、単色レーザのみを用いて、赤、緑、青のそれぞれのブラッグマッチング角度を補正するように参照光ＲＬと物体光ＯＬのそれぞれの角度を調整した多重露光により製造してもよい。また、光学シート３８は、露光して制作した後に基部３１に貼り付けても良い。
　次に、第３実施形態の立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法について説明する。立体画像投影装置１Ｃは、立体画像投影部３０Ｃが透過型ホログラムである光学シート３８を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、第３実施形態の立体画像投影装置を用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。より詳細には、選択工程Ｓ３（図５及び図７を参照）において、画像投影部３０Ｃを透過する画像光Ｌを生成するときに、基部３１の裏面３１ｒから立体画像３５を観察する観察者Ｖの視線の方向に応じた画像が選択される。
　第３実施形態の立体画像投影装置によれば、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様に、転換光学系１０Ａから離れた広い領域に立体画像３５を生成できる。
　また、第３実施形態の立体画像投影装置によれば、透過型ホログラムである光学シート３８を有している。従って、第３実施形態の立体画像投影装置は、外乱光の映り込みによる立体画像３５の視認性の低下を抑制することができる。さらに、第３実施形態の立体画像投影装置は、立体画像３５の色むらの発生を抑制することができる。
　また、第３実施形態の立体画像投影装置によれば、実在する物体と、再生される立体画像３５とを重ね合わせるように表示することができる。
（第４実施形態）
　次に、第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃを含む立体画像投影システム１００Ｃを説明する。第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃは、転換光学系１０Ｂが第３光学部材１３をさらに含む点で、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと相違する。第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃのその他の構成は、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａと同様である。以下、第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂについて詳細に説明する。
　図１７に示すように、転換光学系１０Ｂは、第１光学部材１１及び第２光学部材１２に加え、さらに第３光学部材１３を含んでいる。転換光学系１０Ｂでは、画像光出射部３側から、第２光学部材１２、第１光学部材１１及び第３光学部材１３がこの順に配置されている。第３光学部材１３は、第１光学部材１１の出射面１１ｒに固定されている。従って、第３光学部材１３は、第１光学部材１１の回転と同期して回転軸ＲＡを中心に回転する。
　図１８に示すように、第３光学部材１３は、平行光である画像光Ｌを一方向だけ収束させるシリンドリカルレンズである。第３光学部材１３は、第３方向Ｃ６に画像光Ｌを収束させる。ここで、第３方向Ｃ６は、回転軸ＲＡに対して直交する仮想面Ｐ１に含まれた方向であり、且つ、第１光学部材１１の出射面１１ｒにおける出射方向Ｃ１に直交する方向である。第３光学部材１３から出射され画像投影部３０Ａに到達した画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において第３方向Ｃ６にのみに収束されている。このため、画像投影部３０Ａに到達した画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において回転軸ＲＡに沿った方向Ｃ４には収束されていない。
　なお、第３光学部材１３のシリンドリカルレンズは、フレネルレンズのように曲面のレンズを平行領域に分割して平行直線上に形成された複数のレンズを有する平板型のシリンドリカルレンズを用いるのが好ましい。
　次に、第４実施形態の立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法について説明する。画像投影装置１Ｃは、転換光学系１０Ｂがシリンドリカルレンズである第３光学部材１３を備える点のみが画像投影装置１Ａと相違している。すなわち、画像投影部３０Ａ上では、画像光Ｌが第３方向Ｃ６にのみ収束されている点のみが画像投影装置１Ａと相違している。従って、立体画像投影装置１Ｃを用いた立体画像の投影方法には、第１実施形態において詳細に説明した立体画像投影方法を用いることができる。より詳細には、選択工程Ｓ３（図５及び図７を参照）において、画像投影部３０Ａにおいて方向が転換される画像光Ｌを生成するときに、基部３１の表面３１ｐ側から立体画像３５を観察する観察者Ｖの視線の方向に応じた画像が選択される。
　第３光学部材１３を含まない第１実施形態の転換光学系１０Ａの作用効果と、第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂの作用効果とを比較しつつ説明する。図１９（ａ）は、第３光学部材１３を含まない第１実施形態の転換光学系１０Ａの作用効果を説明するための図である。図１９（ａ）に示すように、画像投影部３０Ａには画像光Ｌが出射される。従って、画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において端点Ｍ１，Ｍ２及び中点Ｍ３を含む範囲Ｅ１に照射される。画像投影部３０Ａが回転軸ＲＡを囲むように湾曲した形状である場合、転換光学系１０Ａから出射された画像光Ｌが端点Ｍ１，Ｍ２に到達するまでの距離と、中点Ｍ３に到達するまでの距離との間では、距離差Ｒ１が生じる。すなわち、画像投影部３０Ａが湾曲しているために、画像光Ｌの中心部付近の光は、画像光Ｌの端部付近の光よりも距離差Ｒ１だけ長く進む必要がある。この距離差Ｒ１が大きい場合には、再生される立体画像３５に歪を生じる場合がある。
　図１９（ｂ）は、第３光学部材１３を含む第４実施形態の転換光学系１０Ｂの作用効果を説明するための図である。図１９（ｂ）に示すように、第４実施形態の転換光学系１０Ｂから出射された画像光Ｌは、第３方向Ｃ６に収束されている。従って、画像光Ｌは、画像投影部３０Ａ上において端点Ｍ４，Ｍ５及び中点Ｍ６を含む範囲Ｅ２に照射される。この範囲Ｅ２は、第１実施形態の範囲Ｅ１よりも狭い。このため、転換光学系１０Ｂから出射された画像光Ｌが端点Ｍ４，Ｍ５に到達するまでの距離と、中点Ｍ６に到達するまでの距離との距離差Ｒ２を小さくすることができる。従って、再生される立体画像３５の歪を抑制することができる。
　この第３光学部材１３を含む転換光学系１０Ｂは、第１実施形態の立体画像投影装置１Ａ、第２実施形態の立体画像投影装置１Ｂ、第３実施形態の立体画像投影装置のいずれにも適用可能である。
　また、画像投影部３０Ａの湾曲による立体画像の歪を抑制する構成は、第３光学部材１３を含む構成に限定されることはない。例えば、湾曲した画像投影部３０Ａ上に画像光Ｌが投影されたときに歪が生じることなく画像が投影されるように、予め歪ませた画像光を転換光学系１０Ａから出射してもよい。例えば、歪を示す行列を算出し、該行列の逆行列を画像データに乗算する。この方法により、湾曲した画像投影部３０Ａ上で正しく表示される画像データを得ることができる。
　なお、上述した実施形態は、立体画像投影装置１Ａ～１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ～１００Ｃの一例を示すものである。立体画像投影装置１Ａ～１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ～１００Ｃは、上述した実施形態に限られるものではない。請求項に記載した要旨を変更しない範囲において、立体画像投影装置１Ａ～１Ｃ、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ～１００Ｃを変形し、又は他のものに適用してもよい。
　第２光学部材１２には、フレネルレンズを用いているが、これに限定されることはない。第２光学部材１２には、画像光Ｌを平行光に変換可能なフレネルレンズとは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、第２光学部材１２の機能を持つホログラムを製作して用いてもよい。
　第１光学部材１１には、リニアプリズム板を用いているが、これに限定されることはない。第１光学部材１１には、画像光Ｌの進行方向を所定の方向に変換可能なリニアプリズム板とは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、第１光学部材１１の機能を持つホログラムを製作して用いてもよい。
　拡散板３３には、レンチキュラーレンズを用いているが、これに限定されることはない。拡散板３３には、投影された画像光Ｌを所定の方向に拡散可能なレンチキュラーレンズとは異なる光学部材を用いてもよい。例えば、プリズムのピッチを微細にしたプリズム板であってもよい。
　画像投影部３０Ａは、図２０に示される構成を有する画像投影部３０Ｄであってもよい。画像投影部３０Ｄは、複数のシリンドリカルレンズ３３ａを備えたレンチキュラーレンズ３３が基部３１の裏面３１ｒの上に貼り付けられている。画像投影部３０Ｄでは、レンチキュラーレンズ３３の非レンズ面３３ｒが基部３１の裏面３１ｒと向かい合うように貼り付けられている。そして、レンチキュラーレンズ３３のレンズ面３３ｐの上に反射板３２ｂが設けられている。このような反射板３２ｂは、アルミニウムの蒸着により形成することができる。なお、基部３１とレンチキュラーレンズ３３とは、一体に形成されてもよい。また、レンチキュラーレンズ３３側から画像光Ｌを照射する形態であってもよい。
　立体画像投影装置１Ａ～１Ｃは、プロジェクタ３ｂを備えた画像光出射部３から出射された画像光Ｌを画像投影部３０Ａ～３０Ｄに投影している。画像投影部３０Ａ～３０Ｄに投影される画像光はこれに限定されることはない。画像光は、例えばホログラムが記録された媒体に指向性を有する光であるレーザ光を入射させることにより発生されるものであってもよい。
　立体画像投影装置１Ａ～１Ｃは、プロジェクタ３ｂを含む画像光出射部３及び画像作成部２が画像投影部（スクリーン）３０の鉛直下方側に配置されている。さらに、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直下方側に配置されている。立体画像投影装置は、この配置に限定されることはない。画像作成部２、画像光出射部３、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直上方側に配置されてもよい。例えば、画像作成部２、画像光出射部３、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が天井に配置され、プロジェクタ３ｂから画像光Ｌが転換光学系１０Ａ，１０Ｂを介して画像投影部３０Ａ～３０Ｄに投影されてもよい。
　また、第１光学部材１１，第２光学部材１２、第３光学部材１３はこれらの機能を持ったホログラムを制作して用いても良いし、それぞれを組み合わせた機能を一つのホログラムに多重露光して制作して用いても良い。
　さらに、第１光学部材１１，第２光学部材１２、第３光学部材１３は反射型のホログラムとして制作して光の進行方向を制御してもよい。その場合には、画像光出射部３が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直上方側に配置され、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直下方側に配置される。あるいは、画像光出射部３が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直下方側に配置され、転換光学系１０Ａ，１０Ｂ及び回転駆動部２０が画像投影部３０Ａ～３０Ｄの鉛直上方側に配置されても良い。
　立体画像投影装置１Ａ～１Ｃは、立体画像投影装置１Ａ～１Ｃの光軸ＡＬが鉛直方向に沿うように転換光学系１０Ａ，１０Ｂが設置されているが、立体画像投影装置は、この設置に限定されることはない。立体画像投影装置１Ａ～１Ｃの転換光学系１０Ａ，１０Ｂは、転換光学系１０Ａ，１０Ｂの光軸ＡＬが鉛直方向と交差する方向に配置されてもよい。例えば、光軸ＡＬが水平方向に沿うように転換光学系１０Ａ，１０Ｂが配置されてもよい。この場合、画像投影部３０Ａ～３０Ｄは水平方向に沿う回転軸ＲＡに垂直な方向に湾曲した形状となるように配置される。
　立体画像投影装置１Ａ～１Ｃは、自動車のダッシュボード上に立体画像を投影するために用いられてもよい。この場合、ダッシュボードの内部に埋め込まれた画像生成部及び画像投影部から画像光が出射され、ダッシュボード上に設置された画像投影部により立体画像が投影される。このとき、フロントガラスを画像投影部の基部として用いてもよい。この場合には、フロントガラスに反射板及び拡散板が形成される。また、フロントガラスに回折格子を有する光学シートが貼りつけられる。
　立体画像投影装置１Ａ～１Ｃは、立体画像を展示場、映画館、又は劇場等の舞台やスクリーン上に投影するために用いてもよい。また、これを組み込んで立体映像表示を付加価値とする商品を構成しても良い。
　本発明によれば、立体画像が視認できる領域を拡張した立体画像投影装置、立体画像投影方法、及び立体画像投影システム１００Ａ～１００Ｃが提供される。
１Ａ～１Ｃ…立体画像投影装置、２…画像作成部、３…画像光出射部、３ａ…制御部、３ｂ…プロジェクタ、４…ミラー、１０Ａ，１０Ｂ…転換光学系、１１～１３…光学部材、１１ａ…回転基準用部材、１２ｐ…入射面、１２ｒ…出射面、２０…回転駆動部、２１…コントロールボード、２２…サーボアンプ、２３…回転駆動機構、２４…エンコーダ、３０Ａ～３０Ｄ…画像投影部、３１…基部、３２…反射板、３３…拡散板（レンチキュラーレンズ）、３６，３８…光学シート、１００Ａ～１００Ｃ…立体画像投影システム。

Claims (15)

  1. 　画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有し、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する板状の第１光学部材を含む転換光学系と、
    　前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、
    　前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、を備える立体画像投影装置。
  2. 　前記画像投影部は、回折格子を含む請求項１に記載の立体画像投影装置。
  3. 　前記画像投影部は、前記回折格子を含む反射型ホログラムである請求項２に記載の立体画像投影装置。
  4. 　前記画像投影部は、前記回折格子を含む透過型ホログラムである請求項２に記載の立体画像投影装置。
  5. 　前記画像投影部は、前記画像光を前記第１方向に反射する反射板と、前記画像光を前記第２方向に拡散する拡散板と、を有し、
    　前記反射板と前記拡散板とは積層されている請求項１に記載の立体画像投影装置。
  6. 　前記拡散板は複数のシリンドリカルレンズを含むレンチキュラーレンズである請求項５に記載の立体画像投影装置。
  7. 　前記拡散板のレンズ面には、前記反射板が設けられている請求項６に記載の立体画像投影装置。
  8. 　前記転換光学系は、第２光学部材をさらに含み、
    　前記第２光学部材は、前記画像光を平行光に変換すると共に前記第１光学部材の前記入射面に対して前記平行光に変換された前記画像光を出射する請求項１～７の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
  9. 　前記転換光学系は、第３光学部材をさらに含み、
    　前記第３光学部材は、前記画像投影部に対して第３方向に収束させた前記画像光を出射し、
    　前記第３方向は、前記回転軸に対して直交する面に沿った方向であり且つ前記第１光学部材の前記出射面における前記出射方向に直交する方向である請求項１～８の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
  10. 　前記画像投影部は前記回転軸に垂直な方向に湾曲した形状である請求項１～９の何れか一項に記載の立体画像投影装置。
  11. 　前記転換光学系は、回折格子を含む請求項１に記載の立体画像投影装置。
  12. 　回転駆動部により回転駆動される転換光学系から画像投影部に画像光を投影して立体画像を得る方法であって、
    　物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得た複数の原画像のそれぞれを、前記原画像の一方向に沿って分割して分割画像を形成する分割工程と、
    　複数の前記分割画像から、前記転換光学系の回転角度、及び前記画像投影部に投影された前記画像光の前記画像投影部における位置に基づいて前記分割画像を選択する選択工程と、
    　選択された前記分割画像を組み合わせて前記画像光を発生するための投影画像を作成する結合工程と、
    　前記投影画像が反映された前記画像光を生成し、前記転換光学系を通じて前記画像投影部に投影する投影工程と、を備え、
    　前記投影工程では、
    　前記画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部から前記画像光を前記転換光学系に出射し、
    　前記画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する転換光学系により前記画像光の進行方向を転換し、
    　前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動し、
    　前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部に前記画像光を出射する立体画像投影方法。
  13. 　前記画像投影部は、前記転換光学系から出射された前記画像光を反射する反射板及び前記画像光を一方向に拡散する拡散板が積層されている請求項１２に記載の立体画像投影方法。
  14. 　物体に対する視点を互いに異なる位置に変化させて得られた複数の原画像を用いて投影画像を作成する画像作成部と、
    　前記投影画像が反映された画像光をパルス状に連続的に出射する画像光出射部と、
    　前記画像光が入射される入射面及び前記入射面の反対側にある出射面を有する板状の光学部材を含み、前記出射面における前記画像光の出射方向と前記出射面とが所定の角度をなすように前記画像光の進行方向を転換する転換光学系と、
    　前記出射面上の所定点を回転中心として、前記転換光学系を前記出射面に沿って回転駆動する回転駆動部と、
    　前記回転中心を含む回転軸に沿って立設され、前記転換光学系から出射された前記画像光の進行方向を前記回転軸に対して交わる面に沿った第１方向に転換すると共に、前記転換光学系から出射された前記画像光を前記回転軸に沿った第２方向に拡散する画像投影部と、
    を備え、
    　前記投影画像は前記原画像の一方向に沿って前記原画像が分割された複数の分割画像により構成され、
    　前記分割画像は、前記転換光学系の回転角度、及び前記画像投影部に投影された前記画像光の前記画像投影部における位置に基づいて選択される立体画像投影システム。
  15. 　前記画像投影部は、前記転換光学系から出射された前記画像光を反射する反射板及び前記画像光を一方向に拡散する拡散板が積層されている請求項１４に記載の立体画像投影システム。
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