特許 6456189 立体画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6456189

(24)【登録日】2018年12月28日

(45)【発行日】2019年1月23日

(54)【発明の名称】立体画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20190110BHJP

   H04N 13/363 20180101ALI20190110BHJP

   H04N 13/361 20180101ALI20190110BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   H04N13/363

   H04N13/361

【請求項の数】6

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-39141(P2015-39141)

(22)【出願日】2015年2月27日

(65)【公開番号】特開2016-161691(P2016-161691A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年12月15日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、独立行政法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊介

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７１０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７３６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２１５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２２２２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５６２７５５４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２

Ｈ０４Ｎ １３／３０ − １３／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体形状データに基づいて、予め定められた仮想面上の視域における観察者に立体画像を提示するための立体画像表示装置であって、
第１および第２の光透過拡散部材の積層構造を有するスクリーンと、
複数の光線からなる光線群を前記スクリーンを通して前記視域に照射するように配置される光線発生器と、
前記立体形状データに基づいて、前記光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように前記光線発生器を制御する制御部とを備え、
前記仮想面に平行な第１の方向が前記スクリーンの表面に定義されるとともに前記第１の方向に直交する第２の方向が前記スクリーンの表面に定義され、
前記第１の光透過拡散部材は、前記光線発生器からの各光線を前記第１の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第１の面内で第１の角度拡散させかつ前記第２の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第２の面内で前記第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させるように構成され、
前記第２の光透過拡散部材は、前記光線発生器からの各光線を前記第１の面内で第３の角度拡散させて透過させるように構成され、
前記第１および第２の光透過拡散部材は、前記第１の面内における前記スクリーンによる各光線の拡散角度が前記第３の角度よりも大きい目標角度に調整されるように積層され、
前記目標角度は、前記視域に対して、前記第１の方向において前記立体画像に欠落部分が発生しない各光線の拡散角度である、立体画像表示装置。

【請求項2】

前記第２の光透過拡散部材に互いに直交する第３および第４の方向が定義され、
前記第２の光透過拡散部材は、前記光線発生器からの各光線を前記第３の方向に平行でかつ当該第２の光透過拡散部材に直交する第３の面内で第４の角度拡散させかつ前記第４の方向に平行でかつ当該第２の光透過拡散部材に直交する第４の面内で前記第４の角度よりも大きい第５の角度拡散させて透過させる特性を有し、
前記第１の方向に対して前記第２の光透過拡散部材の前記第３の方向がなす角度が調整されることにより、前記第１の面内における前記スクリーンによる各光線の拡散角度が前記目標角度に調整された、請求項１記載の立体画像表示装置。

【請求項3】

前記第２の光透過拡散部材として、それぞれ異なる拡散角度を有する複数種類の光透過拡散部材から一の光透過拡散部材が選択されることにより、前記第１の面内における前記スクリーンによる各光線の拡散角度が前記目標角度に調整された、請求項１記載の立体画像表示装置。

【請求項4】

前記第１の方向は水平方向であり、
前記スクリーンは、垂直方向に延びる中心軸の周囲を取り囲む形状を有し、
前記視域は、前記スクリーンを取り囲むように水平面上に定められる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置。

【請求項5】

前記スクリーンは、円筒形状を有する、請求項４記載の立体画像表示装置。

【請求項6】

前記第１の方向は水平方向であり、
前記スクリーンは平面形状を有し、
前記視域は、前記スクリーンに対向するように水平面上に定められる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体画像を表示する立体画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

立体画像を提示する種々の立体画像表示装置が開発されている（例えば特許文献１および２参照）。立体画像表示装置では、一般に、スクリーンの前方、後方または上方等の空間に立体画像が提示される。

【0003】

特許文献１に記載された立体画像表示装置（立体ディスプレイ）は、錐体形状の光線制御子を有する。光線制御子は、その錐体形状の底部が基準面上に開口するように配置される。また、複数の走査型プロジェクタが、基準面の下方でかつ光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を光線制御子の外周面にそれぞれ照射するように光線制御子の周囲に配置される。光線制御子は、各走査型プロジェクタにより照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させる。それにより、錐体形状の光線制御子の上方および内部に立体画像が表示される。

【0004】

特許文献２に記載された立体画像表示装置（立体映像表示装置）においては、投射画像を構成する各画素に応じた光線がプロジェクタによりスクリーンに投射する。スクリーンは、プロジェクタから投射される光線を水平方向には通過させ、鉛直方向には拡散させる。これにより、スクリーンの前後の空間に立体映像が表示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−３２９５２号公報

【特許文献2】特開２０１０−８１４４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および２に記載されている立体画像表示装置によれば、スクリーン（光線制御子）の周囲または前方にいる数人程度の観察者に立体画像を提示することができる。近年では、より多数の観察者に立体画像を提示可能な大型の立体画像表示装置を開発することが望まれている。

【0007】

このような大型の立体画像表示装置においては、大型のスクリーンを準備する必要がある。また、スクリーンの各方向についての光透過拡散特性は、観察者の視点の位置ならびにプロジェクタの位置および数等の多数のパラメータを考慮して、試行錯誤を重ねながら決定されることとなる。しかしながら、光透過拡散特性を決定するために何度も大型のスクリーンの製造および試験を繰り返すと、立体画像表示装置のコストおよび製造時間が増加する。そのため、大型のスクリーンの製造は、現実的には困難である。

【0008】

本発明の目的は、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示可能な立体画像表示装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）第１の発明に係る立体画像表示装置は、立体形状データに基づいて、予め定められた仮想面上の視域における観察者に立体画像を提示するための立体画像表示装置であって、第１および第２の光透過拡散部材の積層構造を有するスクリーンと、複数の光線からなる光線群をスクリーンを通して視域に照射するように配置される光線発生器と、立体形状データに基づいて、光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように光線発生器を制御する制御部とを備え、仮想面に平行な第１の方向がスクリーンの表面に定義されるとともに第１の方向に直交する第２の方向がスクリーンの表面に定義され、第１の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第１の面内で第１の角度拡散させかつ第２の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第２の面内で第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させるように構成され、第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の面内で第３の角度拡散させて透過させるように構成され、第１および第２の光透過拡散部材は、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が第３の角度よりも大きい目標角度に調整されるように積層され、目標角度は、視域に対して、第１の方向において立体画像に欠落部分が発生しない各光線の拡散角度である。

【0010】

この立体画像表示装置においては、第１および第２の光透過拡散部材の積層構造を有するスクリーンが配置される。光線発生器により複数の光線からなる光線群が、スクリーンを通して予め定められた仮想面上の視域に照射される。立体形状データに基づいて光線発生器が制御されることにより、光線群により立体画像が提示される。

【0011】

スクリーンの表面には、仮想面に平行な第１の方向が定義されるとともに第１の方向に直交する第２の方向が定義される。第１の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第１の面内で第１の角度拡散させかつ第２の方向に平行でかつ当該第１の光透過拡散部材に直交する第２の面内で第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させる。第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の面内で第３の角度拡散させて透過させる。それにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が第３の角度よりも大きい目標角度に調整される。そのため、観察者は、第１の方向において欠落部分が発生しない立体画像を視域から観察することができる。

【0012】

この構成においては、視域ならびに光線発生器の位置および数等を考慮して、試行錯誤を重ねながらスクリーンによる各光線の拡散角度を調整する際に、第１および第２の光透過拡散部材の積層態様を変更すればよく、スクリーンの製造および試験を繰り返す必要がない。そのため、スクリーンを大型化する場合でも、スクリーンのコストおよび製造時間が増加することが抑制される。その結果、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。

【0013】

（２）第２の光透過拡散部材に互いに直交する第３および第４の方向が定義され、第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第３の方向に平行でかつ当該第２の光透過拡散部材に直交する第３の面内で第４の角度拡散させかつ第４の方向に平行でかつ当該第２の光透過拡散部材に直交する第４の面内で第４の角度よりも大きい第５の角度拡散させて透過させる特性を有し、第１の方向に対して第２の光透過拡散部材の第３の方向がなす角度が調整されることにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度に調整されてもよい。

【0014】

この場合、第１の光透過拡散部材に対する第２の光透過拡散部材の相対的な傾きを変更しつつ第１および第２の光透過拡散部材を積層することにより、第１の方向に対して第２の光透過拡散部材の第３の方向がなす角度を調整することができる。それにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を調整することができる。その結果、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を目標角度に調整することができる。

【0015】

（３）第２の光透過拡散部材として、それぞれ異なる拡散角度を有する複数種類の光透過拡散部材から一の光透過拡散部材が選択されることにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度に調整されてもよい。

【0016】

この場合、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度と等しくなるように複数種類の光透過拡散部材から一の光透過拡散部材が選択される。これにより、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を目標角度に調整することができる。

【0017】

（４）第１の方向は水平方向であり、スクリーンは、垂直方向に延びる中心軸の周囲を取り囲む形状を有し、視域は、スクリーンを取り囲むように水平面上に定められてもよい。

【0018】

この場合、観察者は、スクリーンを取り囲むように水平面上に定められた視域から、スクリーンの上方または内部の空間に提示される立体画像を裸眼で観察することができる。

【0019】

（５）スクリーンは、円筒形状を有してもよい。この場合、スクリーンを容易に作製することができる。

【0020】

（６）第１の方向は水平方向であり、スクリーンは平面形状を有し、視域は、スクリーンに対向するように水平面上に定められてもよい。

【0021】

この場合、観察者は、スクリーンに対向する水平面上に定められた視域から、スクリーンの前方または後方の空間に提示される立体画像を裸眼で観察することができる。

【発明の効果】

【0022】

広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の模式的断面図である。

【図2】図１の立体画像表示装置の模式的平面図である。

【図3】図１および図２の立体画像表示装置のスクリーンの斜視図である。

【図4】スクリーンの基本拡散部材の構成および機能を説明するための図である。

【図5】スクリーンの調整用拡散部材の構成および機能を説明するための図である。

【図6】光線発生器の動作を説明するための模式的平面図である。

【図7】立体画像提示方法を説明するための模式的平面図である。

【図8】立体画像提示方法を説明するための模式的断面図である。

【図9】本実施の形態に係る立体画像表示装置における全周囲から観察可能な立体画像の生成原理を説明するための模式的平面図である。

【図10】第１の変形例におけるスクリーンの構成を示す模式図である。

【図11】第１の変形例におけるスクリーンの第１の製造方法を説明するための図である。

【図12】第１の変形例におけるスクリーンの第２の製造方法を説明するための模式図である。

【図13】第２の変形例に係る立体画像表示装置の模式的断面図である。

【図14】一の種類の光透過拡散特性を有する光透過拡散膜を示す図である。

【図15】他の種類の光透過拡散特性を有する光透過拡散膜を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

［１］第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態に係る立体画像表示装置について図面を参照しながら説明する。

【0025】

（１）立体画像表示装置の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の模式的断面図である。図２は、図１の立体画像表示装置１００の模式的平面図である。図３は、図１および図２の立体画像表示装置１００のスクリーンの斜視図である。図１に示すように、立体画像表示装置１００は、円筒形状のスクリーン１１０、複数の光線発生器１２０、制御装置１３０、記憶装置１４０およびカバー部材１５０を含む。

【0026】

図１および図２の立体画像表示装置１００は、視聴会場２００に設置される。本例において、視聴会場２００は、例えば野球場である。視聴会場２００は、グラウンド２１０および観客席２２０を含む。グラウンド２１０は略円形状を有する。立体画像表示装置１００のスクリーン１１０は、グラウンド２１０の略中央に配置される。

【0027】

観客席２２０は環状を有し、グラウンド２１０を取り囲むように設けられる。観客席２２０の上面はグラウンド２１０の上面よりも十分に高い。観客席２２０には、複数の観客３１０が存在する。なお、図１には、１人の観客３１０のみが図示されている。また、図１および図２においては、観客３１０の寸法が実際の寸法よりも大きく図示されている。

【0028】

観客席２２０の観客３１０の視点と略等しい高さを有する水平面（仮想面）上に環状の視域３００が定義される。視域３００の半径はｒ１であり、グラウンド２１０からの視域３００まで高さはｈ１である。本例においては、半径ｒ１は例えば６０ｍであり、高さｈ１は例えば１５ｍである。

【0029】

図３に示すように、スクリーン１１０は、軸Ｚを中心として回転対称な円筒形状を有する。スクリーン１１０の半径はｒ２であり、スクリーン１１０の高さはｈ２である。本例においては、半径ｒ２は例えば１３ｍであり、高さｈ２は例えば５ｍである。複数の観客３１０（図２）は、スクリーン１１０の斜め上方の観客席２２０（図１）からスクリーン１１０の上方および内周面を観察することができる。

【0030】

スクリーン１１０は、複数の光透過拡散部材が積層された構成を有する。本例においては、２つの光透過拡散部材が積層される。一方の光透過拡散部材を基本拡散部材１１１と呼び、他方の光透過拡散部材を調整用拡散部材１１２と呼ぶ。スクリーン１１０の構成の詳細については後述する。互いに直交する稜線方向Ｔおよび円周方向Ｒにおいて、スクリーン１１０の光透過拡散特性は互いに異なる。

【0031】

図１に示すように、複数の光線発生器１２０は、スクリーン１１０の軸Ｚを中心にスクリーン１１０を取り囲むように環状に配置される。スクリーン１１０と各光線発生器１２０との間の最短の距離はｄである。本例においては、距離ｄは例えば１０ｍである。また、複数の光線発生器１２０の外方および上方を覆うようにカバー部材１５０が配置される。これにより、複数の光線発生器１２０は、観客席２２０の観客３１０から視認されない。カバー部材１５０の高さはスクリーン１１０の高さと略等しい。

【0032】

各光線発生器１２０は、光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。ここで、光線とは、拡散しない直線で表される光をいう。各光線発生器１２０は、光線で斜め下方からスクリーン１１０の外周面を走査するように設けられる。これにより、各光線発生器１２０は、スクリーン１１０の外周面に複数の光線からなる光線群を出射することができる。

【0033】

各光線発生器１２０は、例えば走査型プロジェクタである。光線発生器１２０は、空間光変調器および複数のレンズからなるレンズアレイ等の投影系を備えた一般的なプロジェクタであってもよい。ここで、投影系のアパーチャ（開口）が十分に小さい場合には、走査型プロジェクタと同様に光線群を形成することができる。空間光変調器は、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）である。

【0034】

制御装置１３０は、例えばパーソナルコンピュータからなる。記憶装置１４０は、例えばハードディスクおよびメモリカード等からなる。記憶装置１４０には、立体画像１を提示するための立体形状データが記憶される。制御装置１３０は、記憶装置１４０に記憶される立体形状データに基づいて複数の光線発生器１２０を制御する。それにより、スクリーン１１０の上方の空間に立体画像１が提示される。観客席２２０に存在する多数の観客３１０は、立体画像１を視域３００の任意の位置から観察することができる。

【0035】

本実施の形態においては、スクリーン１１０の上方の空間に立体画像１が提示されるが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０の内部の空間に立体画像１が提示されてもよい。内部の空間に立体画像１を提示するように構成されたスクリーン１１０の半径ｒ２は、上方の空間に立体画像１を提示するように構成されたスクリーン１１０の半径ｒ２（本例では１３ｍ）よりも小さくすることができる。

【0036】

（２）スクリーンの構成および製造方法
図４（ａ）〜（ｄ）は、スクリーン１１０の基本拡散部材１１１の構成および機能を説明するための図である。図４（ａ）は、基本拡散部材１１１を構成する光透過拡散膜の正面図を示す。図４（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）の光透過拡散膜１１１Ａの側面図および上面図を示す。図４（ｄ）は、円筒形状の基本拡散部材１１１の斜視図を示す。

【0037】

以下、互いに直交する２つの方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と呼ぶ。図４（ａ）に示すように、光透過拡散膜１１１Ａが準備される。光透過拡散膜１１１Ａは一方向に延びる矩形状を有する。光透過拡散膜１１１Ａの長手方向および幅方向は、それぞれＸ方向およびＹ方向に一致する。Ｘ方向における光透過拡散膜１１１Ａの一端部および他端部をそれぞれ左端部１１１Ｌおよび右端部１１１Ｒと呼ぶ。

【0038】

光透過拡散膜１１１Ａは、異方性拡散部材であり、互いに直交するＸ方向およびＹ方向において異なる構成を有する。光透過拡散膜１１１Ａは、レンチキュラシートであってもよいし、ホログラフィックスクリーンであってもよい。光透過拡散膜１１１Ａは、透光性を有する平坦なシート状部材の表面上に、微小な光拡散材料を含む樹脂層が形成された構成を有してもよい。この場合、微小な光拡散材料は、例えば楕円形状または繊維形状を有する。

【0039】

Ｙ方向に平行でかつ光透過拡散膜１１１Ａに直交する面をＹ平面Ｆｙと呼び、Ｘ方向に平行でかつ光透過拡散膜１１１Ａに直交する面をＸ平面Ｆｘと呼ぶ。図４（ｂ）にはＹ平面Ｆｙが一点鎖線で図示され、図４（ｃ）にはＸ平面Ｆｘが一点鎖線で図示される。光透過拡散膜１１１Ａに入射した光線は、図４（ｂ）に示すように、Ｙ平面Ｆｙ内でＹ方向において大きく拡散して透過し、図４（ｃ）に示すように、Ｘ平面Ｆｘ内でわずかに拡散しつつほぼ直進して透過する。

【0040】

このように、Ｘ平面Ｆｘ（第１の面の例）における拡散角度（第１の角度の例）は、Ｙ平面Ｆｙ（第２の面の例）における拡散角度（第２の角度の例）よりも小さい。Ｘ方向における拡散角度は、Ｙ方向における拡散角度の１／１０以下であってもよい。本実施の形態においては、Ｙ方向における拡散角度は例えば６０度であり、Ｘ方向における拡散角度は例えば１度である。Ｘ方向における拡散角度は、これに限定されず、例えば１度より小さくてもよい。

【0041】

光透過拡散膜１１１Ａの左端部１１１Ｌと右端部１１１Ｒとは、互いに接合される。これにより、図４（ｄ）に示すように、円筒形状を有する基本拡散部材１１１が作製される。この構成においては、基本拡散部材１１１は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては大きく拡散して透過しかつ円周方向Ｒにおいてはほとんど拡散せずに直進して透過するように形成される。

【0042】

本実施の形態においては、光透過拡散膜１１１Ａは１つの大面積の異方性拡散部材により構成されるが、本発明はこれに限定されない。光透過拡散膜１１１Ａは複数の小面積の異方性拡散部材により構成されてもよい。例えば、透明な円筒状部材の内周面または外周面に複数の光透過拡散膜１１１Ａが取り付けられることにより基本拡散部材１１１が作製されてもよい。

【0043】

また、本実施の形態においては、基本拡散部材１１１は光透過拡散膜１１１Ａを用いて作製されるが、本発明はこれに限定されない。基本拡散部材１１１は、透明な円筒状部材の内周面または外周面にエッチング加工、機械加工、レーザ加工または放電加工等が行なわれることにより作製されてもよい。この場合におけるスクリーン１１０の光透過拡散特性も、図４（ｄ）のスクリーン１１０の光透過拡散特性と同様である。

【0044】

図５（ａ）〜（ｄ）は、スクリーン１１０の調整用拡散部材１１２の構成および機能を説明するための図である。図５（ａ）は、調整用拡散部材１１２を構成する光透過拡散膜の正面図を示す。図５（ｂ），（ｃ）は、図５（ａ）の光透過拡散膜１１２Ａの上面図を示す。図５（ｄ）は、円筒形状のスクリーン１１０の斜視図を示す。

【0045】

図５（ａ）に示すように、光透過拡散膜１１２Ａが準備される。光透過拡散膜１１２Ａは、図４（ａ）の光透過拡散膜１１１Ａと同様の形状および機能を有する。以下、光透過拡散膜１１２Ａで定義される互いに直交する２方向をそれぞれＸ’方向およびＹ’方向と呼び、Ｘ’方向およびＹ’方向に平行な平面をＺ平面と呼ぶ。

【0046】

光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＹ’方向における拡散角度は、図４（ｂ）の光透過拡散膜１１１Ａを透過した光線のＹ方向における拡散角度と同様である。また、光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ’方向における拡散角度は、図４（ｃ）の光透過拡散膜１１１Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度と同様である。すなわち、Ｘ’方向に平行な面（第３の面の例）における拡散角度（第４の角度の例）は、Ｙ’方向に平行な面（第４の面の例）における拡散角度（第５の角度の例）よりも小さい。

【0047】

図５（ａ）に実線で示すように、光透過拡散膜１１２ＡのＸ’方向およびＹ’方向がそれぞれ図４（ａ）のＸ方向およびＹ方向に一致する状態を未調整状態と呼ぶ。スクリーン１１０の製造工程においては、光透過拡散膜１１２Ａの配置角度がＺ平面内で調整される。ここで、配置角度は光透過拡散膜１１２ＡのＸ’方向がＸ方向に対してなす角度であり、光透過拡散膜１１２ＡのＹ’方向がＹ方向に対してなす角度である。

【0048】

光透過拡散膜１１２Ａが未調整状態からＺ平面内で時計周りに一定の角度だけ回転される。それにより、図５（ａ）に点線で示すように、光透過拡散膜１１２Ａの配置角度が第１の調整角度に調整される。光透過拡散膜１１２Ａが未調整状態からＺ平面内で時計周りに他の一定の角度だけ回転される。それにより、図５（ａ）に一点鎖線で示すように、光透過拡散膜１１２Ａの配置角度が第２の調整角度に調整される。第２の調整角度は第１の調整角度よりも大きい。

【0049】

図５（ｂ）の光透過拡散膜１１２Ａの配置角度は第１の調整角度である。図５（ａ）の点線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度は、図５（ｂ）に示すように、未調整状態の光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度（図４（ｃ）参照）よりもわずかに大きい。なお、図５（ａ）の点線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＹ方向における拡散角度は、未調整状態の光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＹ方向における拡散角度（図４（ｂ）参照）よりもわずかに大きい。

【0050】

図５（ｃ）の光透過拡散膜１１２Ａの配置角度は第２の調整角度である。図５（ａ）の一点鎖線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度は、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）の点線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度（図５（ｂ）参照）よりもわずかに大きい。なお、図５（ａ）の一点鎖線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＹ方向における拡散角度は、図５（ａ）の点線の状態に配置された光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＹ方向における拡散角度よりもわずかに大きい。

【0051】

このように、光透過拡散膜１１２Ａの配置角度が変化すると、光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度が変化する。そこで、スクリーン１１０の製造作業者は、図２の光線発生器１２０の位置および数ならびに視域３００の位置等の多数のパラメータを考慮して、試行錯誤を重ねながら光透過拡散膜１１２Ａの配置角度を適切に調整する。これにより、光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線のＸ方向における拡散角度が後述する目標角度に一致するような配置角度を決定することができる。

【0052】

光透過拡散膜１１２Ａの配置角度が決定された後、図５（ｄ）に示すように、決定された配置角度が維持された状態で光透過拡散膜１１２Ａが基本拡散部材１１１の内周面に積層される。調整用拡散部材１１２の上端面は、基本拡散部材１１１の上端面と面一になるように整形されることが好ましい。これにより、基本拡散部材１１１の内周面に調整用拡散部材１１２が形成され、スクリーン１１０が完成する。この構成においては、スクリーン１１０は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては大きく拡散して透過しかつ円周方向Ｒにおいては適切な角度で微小に拡散して透過する。

【0053】

本実施の形態においては、光透過拡散膜１１２Ａは基本拡散部材１１１の内周面に積層されるが、本発明はこれに限定されない。光透過拡散膜１１２Ａは基本拡散部材１１１の外周面に積層されてもよい。これにより、基本拡散部材１１１の外周面に調整用拡散部材１１２が積層される。

【0054】

また、本実施の形態においては、光透過拡散膜１１２Ａは１つの大面積の異方性拡散部材により構成されるが、本発明はこれに限定されない。光透過拡散膜１１２Ａは複数の小面積の異方性拡散部材により構成されてもよい。さらに、光透過拡散膜１１２Ａは、光透過拡散膜１１１Ａと同様の形状および機能を有するが、本発明はこれに限定されない。光透過拡散膜１１２Ａは、光透過拡散膜１１１Ａとは異なる形状または機能を有してもよい。

【0055】

（３）光線発生器の動作
図６は、光線発生器１２０の動作を説明するための模式的平面図である。図６には１つの光線発生器１２０のみが示される。上記のように、光線発生器１２０は、レーザ光からなる光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。

【0056】

光線発生器１２０が光線を水平面内で偏向させることにより、スクリーン１１０の外周面を水平方向に走査することができる。また、光線発生器１２０が光線を垂直面内で偏向させることにより、スクリーン１１０の外周面を垂直方向に走査することができる。それにより、光線発生器１２０は、光線でスクリーン１１０の対向する面を走査することができる。また、光線発生器１２０は、光線の方向ごとに光線の色を設定することができる。それにより、光線発生器１２０は、擬似的に複数の光線からなる光線群を出射する。

【0057】

図６において、光線発生器１２０は、複数の光線Ｌ１〜Ｌ１１をスクリーン１１０に照射する。光線Ｌ１〜Ｌ１１は、それぞれ任意の色に設定される。それにより、スクリーン１１０の複数の位置Ｐ１〜Ｐ１１をそれぞれ設定された色の光線Ｌ１〜Ｌ１１が透過する。

【0058】

スクリーン１１０は、円周方向において光線Ｌ１〜Ｌ１１を適切な角度で微小に拡散させて透過させるので、観客は、ある位置で略一本の光線のみを視認することができる。また、スクリーン１１０は、光線Ｌ１〜Ｌ１１を稜線方向（垂直方向）において拡散させて透過させるので、観客は、略一本の光線を上下方向の任意の位置から視認することができる。

【0059】

（４）立体画像提示方法
図７は、立体画像提示方法を説明するための模式的平面図である。図７においては、３つの光線発生器１２０が示される。図７の３つの光線発生器１２０をそれぞれ光線発生器１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃと呼ぶ。

【0060】

例えば、スクリーン１１０の上方の位置ＰＲに赤色の画素を提示する場合には、光線発生器１２０Ａから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＡ０を出射し、光線発生器１２０Ｂから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＢ０を出射し、光線発生器１２０Ｃから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＣ０を出射する。それにより、赤色の光線ＬＡ０〜ＬＣ０の交点に点光源となる赤色の画素が提示される。この場合、観客の眼が位置ＩＡ０にある場合、位置ＩＢ０にある場合および位置ＩＣ０にある場合に、位置ＰＲに赤色の画素が見える。

【0061】

同様にして、スクリーン１１０の上方の位置ＰＧに緑色の画素を提示する場合には、光線発生器１２０Ａから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＡ１を出射し、光線発生器１２０Ｂから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＢ１を出射し、光線発生器１２０Ｃから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＣ１を出射する。それにより、緑色の光線ＬＡ１，ＬＢ１，ＬＣ１の交点に点光源となる緑色の画素が提示される。この場合、観客の眼が位置ＩＡ１にある場合、位置ＩＢ１にある場合および位置ＩＣ１にある場合に、位置ＰＧに緑色の画素が見える。

【0062】

このように、複数の光線発生器１２０の各々から立体画像１の各位置を通る方向に提示すべき色の光線が出射される。複数の光線発生器１２０が環状に密に並べられており、それらの複数の光線発生器１２０から照射される光線群によってスクリーン１１０の内部の空間が十分に密に交点群で満たされている。

【0063】

この構成によれば、視域３００上のいずれの方向からスクリーン１１０の内部を観察しても位置ＰＲ，ＰＧを通過する適切な光線が目に入射することになり、人の目はそこに点光源があるように認識する。実物体の表面にて反射または拡散した照明光を人は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置ＰＲ，ＰＧの色を複数の光線発生器１２０より飛来する光線によって適切に再現することにより、スクリーン１１０の内部および上方の空間に立体画像１を提示することができる。

【0064】

本実施の形態においては、スクリーン１１０は十分に大きく形成される。そのため、多数の観客は、視域３００上の異なる位置で同一の立体画像１をそれぞれ異なる方向から視認することができる。

【0065】

図８は、立体画像提示方法を説明するための模式的断面図である。図８においては、１つの光線発生器１２０が示される。図８に示すように、光線発生器１２０から出射された光線は、スクリーン１１０により拡散角度αで垂直方向において拡散される。それにより、複数の観客は、拡散角度αの範囲内において垂直方向の異なる位置で光線発生器１２０から出射される同じ色の光線を見ることができる。

【0066】

例えば、ある観客３１１が基準の位置Ｅから立体画像１の部分を見ているときに、別の観客３１２が基準の位置Ｅの上方の位置Ｅ’から立体画像１の同じ部分を見ることができる。このように、光線発生器１２０から出射された光線がスクリーン１１０で垂直方向において拡散されるため、複数の観客が上下方向に異なる位置から立体画像１の同一部分を観察することができる。

【0067】

また、光線発生器１２０から出射された光線は、スクリーン１１０により拡散角度が目標角度になるように円周方向において微小に拡散される。ここで、目標角度は、視域３００に対して、円周方向において立体画像１に欠落部分が発生しない各光線の拡散角度である。それにより、観客３１０は、Ｘ方向において欠落部分が発生しない立体画像１を視域３００から観察することができる。それにより、観客は、円周方向において欠落部分がない立体画像１を観察することができる。

【0068】

図１の複数の光線発生器１２０により出射される光線群の各光線の色は、記憶装置１４０に記憶される立体形状データに基づいて制御装置１３０により算出される。具体的には、制御装置１３０は、立体形状データとして予め定義される三次元の立体画像の面と各光線との交点を求め、光線に与えるべき適切な色を算出する。

【0069】

制御装置１３０は、算出した光線群の各光線の色に基づいて複数の光線発生器１２０を制御する。それにより、スクリーン１１０の上方に立体画像１が提示されるように、各光線発生器１２０から算出された色をそれぞれ有する光線群が出射される。このようにして、本実施の形態に係る立体画像表示装置１００によれば、立体画像１の指向性表示が可能となる。

【0070】

（５）全周囲から観察可能な立体画像の生成原理
図９は、本実施の形態に係る立体画像表示装置１００における全周囲から観察可能な立体画像の生成原理を説明するための模式的平面図である。図９には、４つの光線発生器１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが示される。

【0071】

図９において、観客３１１，３１２がスクリーン１１０の点Ｐ３１を見た場合には、観客３１１の眼に光線発生器１２０ａから出射された光線Ｌａが入射し、観客３１２の眼に光線発生器１２０ｂから出射された光線Ｌｂが入射する。また、観客３１１，３１２がスクリーン１１０の点Ｐ３２を見た場合には、観客３１１の眼に光線発生器１２０ｃから出射された光線Ｌｃが入射し、観客３１２の眼に光線発生器１２０ｄから出射された光線Ｌｄが入射する。

【0072】

ここで、光線Ｌａの色と光線Ｌｄの色とは同じであり、光線Ｌｂの色は光線Ｌａの色と異なり、光線Ｌｃの色は光線Ｌｄの色とは異なるとする。この場合、スクリーン１１０上の点Ｐ３１の色は見る方向により異なる。また、スクリーン１１０上の点Ｐ３２の色も見る方向により異なる。

【0073】

光線Ｌａにより立体画像１の点Ｐａが作られ、光線Ｌｂにより立体画像１の点Ｐｂが作られ、光線Ｌｃにより立体画像１の点Ｐｃが作られ、光線Ｌｄにより立体画像１の点Ｐｄが作られる。複数の光線発生器１２０はスクリーン１１０を取り囲むように配置されるので、いずれかの光線発生器１２０の光線により立体画像１の全周囲の点が作られる。

【0074】

この構成によれば、観客が視域３００上の全周囲のいずれの位置からスクリーン１１０の内部を観察しても、立体画像１が提示されるべき位置を通過する光線が観客の眼に入射することになる。この場合、観客の眼は、その位置に点光源があるように認識する。実物の表面にて反射または拡散した照明光を観客は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置の色を複数の光線発生器１２０より出射される光線によって適切に再現することにより、全周囲から観察可能な立体画像１をスクリーン１１０の内部および上方の空間に提示することができる。

【0075】

なお、図９の例では、立体画像１の点Ｐａと点Ｐｄとが同じ位置にある。すなわち、光線Ｌａと光線Ｌｄとの交点に立体画像１の点Ｐａ，Ｐｄが作られる。この場合でも、観客３１１，３１２はそれぞれ異なる方向から立体画像１の同一部分を観察することができる。

【0076】

（６）第１の変形例
本実施の形態におけるスクリーン１１０は円筒形状を有するが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０は円錐形状、円錐台形状、多角柱形状、多角錐台形状または多角錐形状等の他の形状を有してもよい。なお、本実施の形態における円筒形状のスクリーン１１０は大型であるため、多角柱形状に近似することができる。

【0077】

また、スクリーン１１０は、複数の分割された部材を組み合わせることにより構成されてもよい。例えば、複数の円弧柱形状の部材を組み合わせることにより円筒形状または曲面形状のスクリーン１１０が構成されてもよい。あるいは、平面形状の部材を組み合わせることにより多角形状または平面形状のスクリーン１１０が構成されてもよい。

【0078】

図１０は、第１の変形例におけるスクリーン１１０の構成を示す模式図である。図１０に示すように、第１の変形例におけるスクリーン１１０は、軸Ｚを中心として回転対称な円錐台形状を有する。スクリーン１１０の大径の底部および小径の底部は開口している。

【0079】

第１の変形例におけるスクリーン１１０は、図３のスクリーン１１０と同様に、基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２が積層された構成を有する。光透過拡散膜１１２Ａの配置角度は、光透過拡散膜１１２Ａを透過した光線の円周方向Ｒ（Ｘ方向）における拡散角度が目標角度に一致するように決定されている。これにより、スクリーン１１０は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては大きく拡散して透過しかつ円周方向Ｒにおいては適切な角度で微小に拡散して透過する。

【0080】

図１１（ａ）〜（ｃ）は、第１の変形例におけるスクリーン１１０の第１の製造方法を説明するための模式図である。図１１（ａ）に示すように、光透過拡散膜１１１Ｂが準備される。光透過拡散膜１１１Ｂは、例えばホログラフィックスクリーンまたはフレネルレンズであり、入射した光線を放射方向に拡散させる機能を有する。フレネルレンズは、円周方向に溝を有するシート状レンズである。

【0081】

図１１（ｂ）に示すように、光透過拡散膜１１１Ｂが扇形状に切り取られる。次に、図１１（ｃ）に示すように、扇形状の光透過拡散膜１１１Ｂの端部１１１ａと端部１１１ｂとが接合されることにより、円錐台形状の基本拡散部材１１１が作製される。図１１（ｃ）の基本拡散部材１１１に調整用拡散部材１１２が積層されることにより、第１の変形例におけるスクリーン１１０が製造される。

【0082】

図１２（ａ）〜（ｃ）は、第１の変形例におけるスクリーン１１０の第２の製造方法を説明するための模式図である。図１２（ａ）に示すように、光透過拡散膜１１１Ｃが準備される。光透過拡散膜１１１Ｃは、図４（ａ）の光透過拡散膜１１１Ａと同様の形状および光透過拡散特性を有する。

【0083】

図１２（ｂ）に示すように、光透過拡散膜１１１Ｃが複数に切り取られる。各光透過拡散膜１１１Ｃは三角形状を有する。次に、図１２（ｃ）に示すように、複数の三角形状の光透過拡散膜１１１Ｃが透明な円錐台形状部材の外周面または内周面に貼り付けられることにより、円錐台形状の基本拡散部材１１１が作製される。図１２（ｃ）の基本拡散部材１１１に調整用拡散部材１１２が積層されることにより、第１の変形例におけるスクリーン１１０が製造される。

【0084】

（７）第２の変形例
本実施の形態においては、光線発生器１２０がスクリーン１１０を取り囲むように配置されるが、本発明はこれに限定されない。光線発生器１２０は、スクリーン１１０の内方に配置されてもよい。図１３は、第２の変形例に係る立体画像表示装置１００の模式的断面図である。図１３の立体画像表示装置１００について、図１の立体画像表示装置１００と異なる点を説明する。

【0085】

図１３に示すように、第２の変形例に係る立体画像表示装置１００は、図１のカバー部材１５０に代えて、円筒形状の反射部材１６０を含む。反射部材１６０は、例えばミラーである。反射部材１６０の内周面にスクリーン１１０が積層される。

【0086】

スクリーン１１０の軸Ｚを中心にスクリーン１１０の内方で環状に複数の光線発生器１２０が配置される。スクリーン１１０と各光線発生器１２０との間の最短の距離はｄである。なお、本例においては、距離ｄはスクリーン１１０の半径ｒ２よりも小さいが、距離ｄはスクリーン１１０の半径ｒ２よりも大きくてもよい。

【0087】

各光線発生器１２０は、スクリーン１１０の内周面に複数の光線からなる光線群を出射する。スクリーン１１０を透過した光線群は、反射部材１６０の内周面により反射され、再度スクリーン１１０を透過して視域３００まで到達する。

【0088】

この構成によれば、光線発生器１２０をスクリーン１１０の外方に配置する必要がない。また、光線発生器１２０は視域３００から視認されないので、立体画像表示装置１００にカバー部材１５０を設ける必要がない。これらにより、立体画像表示装置１００を小型化することができる。

【0089】

（８）効果
本実施の形態に係る立体画像表示装置１００においては、スクリーン１１０は、基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２の積層構造を有する。基本拡散部材１１１は、光線発生器１２０からの各光線をＸ方向に平行な面内で第１の角度拡散させかつＹ方向に平行な面内で第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させる。調整用拡散部材１１２は、光線発生器１２０からの各光線をＸ’方向に平行な面内で第４の角度拡散させかつＹ’方向に平行な面内で第４の角度よりも大きい第５の角度拡散させて透過させる。

【0090】

Ｘ方向に対してＸ’方向がなす角度を調整するように基本拡散部材１１１に対する調整用拡散部材１１２の相対的な傾きが変更される。その後、基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２が積層されることにより、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーン１１０による各光線の拡散角度が目標角度に調整される。ここで、目標角度は、視域３００に対して、Ｘ方向において立体画像１に欠落部分が発生しない各光線の拡散角度である。それにより、観客３１０は、Ｘ方向において欠落部分が発生しない立体画像１を視域３００から観察することができる。

【0091】

この構成においては、視域３００ならびに光線発生器１２０の位置および数等を考慮して、試行錯誤を重ねながらスクリーン１１０による各光線の拡散角度を調整する際に、基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２の積層態様を変更すればよく、スクリーン１１０の製造および試験を繰り返す必要がない。そのため、スクリーン１１０を大型化する場合でも、スクリーン１１０のコストおよび製造時間が増加することが抑制される。その結果、広い空間で多数の観客３１０に立体画像１を提示することが可能になる。

【0092】

また、本実施の形態においては、Ｘ方向は水平方向であり、スクリーン１１０は、垂直方向に延びる軸Ｚの周囲を取り囲む形状を有する。視域３００は、スクリーン１１０を取り囲むように水平面上に定められる。光線発生器１２０は、スクリーン１１０の外側から光線群をスクリーン１１０の外周面に照射するようにスクリーン１１０の周囲に配置される。そのため、観客３１０は、スクリーン１１０を取り囲むように水平面上に定められた視域３００から、スクリーン１１０の上方または内部の空間に提示される立体画像１を裸眼で観察することができる。

【0093】

［２］第２の実施の形態
（１）スクリーンの構成および製造方法
第１の実施の形態においては光透過拡散膜１１２Ａの配置角度がＺ平面内で調整されることによりスクリーン１１０の円周方向Ｒにおける光線の拡散角度が調整されたが、本発明はこれに限定されない。以下、第２の実施の形態に係る立体画像表示装置１００について、第１の実施の形態に係る立体画像表示装置１００と異なる点を説明する。第２の実施の形態においては、調整用拡散部材１１２を形成するために、光透過拡散特性が異なる複数種類の光透過拡散膜が準備される。

【0094】

図１４（ａ）〜（ｃ）は、一の種類の光透過拡散特性を有する光透過拡散膜を示す図である。図１４（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂは等方性拡散部材であり、互いに直交するＸ方向およびＹ方向において等しい構成を有するように形成されている。

【0095】

図１４（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂに入射した光線は、図１４（ｂ）に示すように、Ｙ平面Ｆｙ内でＹ方向において拡散して透過し、図１４（ｃ）に示すように、Ｘ平面Ｆｘ内において拡散して透過する。光透過拡散膜１１２Ｂを透過した光線のＹ方向における拡散角度とＸ方向における拡散角度とは互いに等しい。

【0096】

図１５（ａ）〜（ｃ）は、他の種類の光透過拡散特性を有する光透過拡散膜を示す図である。図１４（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂと同様に、図１５（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂは等方性拡散部材であり、互いに直交するＸ方向およびＹ方向において等しい構成を有するように形成されている。

【0097】

図１５（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂに入射した光線は、図１５（ｂ）に示すように、Ｙ平面Ｆｙ内でＹ方向において拡散して透過し、図１５（ｃ）に示すように、Ｘ平面Ｆｘ内において拡散して透過する。図１５（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂを透過した光線のＹ方向における拡散角度とＸ方向における拡散角度とは互いに等しい。また、図１５（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂを透過した光線のＹ方向およびＸ方向における拡散角度は、図１４（ａ）の光透過拡散膜１１２Ｂを透過した光線のＹ方向およびＸ方向における拡散角度よりも大きい。

【0098】

このように、光線のＸ方向における拡散角度は複数種類の光透過拡散膜１１２Ｂごとに異なる。そこで、スクリーン１１０の製造作業者は、図２の光線発生器１２０の位置および数ならびに視域３００の位置等の多数のパラメータを考慮して、試行錯誤を重ねながら光線のＸ方向における拡散角度が目標角度に一致する光透過拡散膜１１２Ｂを決定することができる。

【0099】

決定された光透過拡散膜１１２Ｂが図４（ｄ）の基本拡散部材１１１の内周面にまたは外周面に積層される。これにより、基本拡散部材１１１の内周面または外周面に調整用拡散部材１１２が形成され、スクリーン１１０が完成する。この構成においては、スクリーン１１０は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては大きく拡散して透過しかつ円周方向Ｒにおいては適切な角度で微小に拡散して透過する。

【0100】

本実施の形態においては、複数種類の光透過拡散膜１１２Ｂが等方性拡散部材により構成されるが、本発明はこれに限定されない。Ｘ方向における光透過拡散特性が異なれば、複数種類の光透過拡散膜１１２Ｂの一部または全部が異方性拡散部材により構成されてもよい。

【0101】

（２）効果
本実施の形態に係る立体画像表示装置１００においては、第１の面内におけるスクリーン１１０による各光線の拡散角度が目標角度と等しくなるように複数種類の光透過拡散膜１１２Ｂが選択される。その後、基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２が積層されることにより、第１の面内におけるスクリーン１１０による各光線の拡散角度が目標角度に調整される。これにより、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーン１１０による各光線の拡散角度を目標角度に調整することができる。その結果、観客３１０は、Ｘ方向において欠落部分が発生しない立体画像１を視域３００から観察することができる。

【0102】

［３］他の実施の形態
（１）上記実施の形態においては、スクリーン１１０は回転対称な形状を有するが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０は大型の平面形状または曲面形状等の他の形状を有してもよい。この場合、スクリーン１１０の後方に複数の光線発生器１２０が配置され、スクリーン１１０の前方に観客席２２０が設けられる。観客席２２０上にスクリーン１１０と略平行な視域３００が定義される。また、スクリーン１１０と観客席２２０との間に図示しないフレネルレンズ等の集光部材が配置されることが好ましい。

【0103】

この構成によれば、スクリーン１１０の前方または後方の空間に立体画像１が提示される。スクリーン１１０の前方の観客席２２０に存在する多数の観客３１０は、平面形状または曲面形状のスクリーン１１０により提示された立体画像１を視域３００の任意の位置から観察することができる。

【0104】

本実施の形態においては、複数の光線発生器１２０がスクリーン１１０の後方に配置されるが、本発明はこれに限定されない。第１の実施の形態の第２の変形例と同様に、スクリーン１１０の後方に反射部材が配置される場合には、複数の光線発生器１２０は、スクリーン１１０の前方からスクリーン１１０に光線を出射するように配置されてもよい。

【0105】

（２）上記の実施の形態においては、スクリーン１１０は２つの光透過拡散部材が積層された構成を有するが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０は３つ以上の光透過拡散部材が積層された構成を有してもよい。例えば、１つの基本拡散部材１１１上に２つ以上の調整用拡散部材１１２が積層されてもよい。

【0106】

ここで、２つ以上の調整用拡散部材１１２の光透過拡散特性は、互いに異なる波長依存性を有してもよい。この場合、スクリーン１１０を透過する光のうち、赤色波長領域、緑色波長領域または青色波長領域のように特定の波長領域の光線の拡散角度のみを個別に調整することができる。それにより、光の波長特性により立体画像１の特定の色がにじむプリズム効果を除去することができる。

【0107】

（３）上記の実施の形態においては、スクリーン１１０の上部は開口されているが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０の上部近傍にガラス板等の透明部材が配置されることにより閉塞されていてもよい。あるいは、スクリーン１１０の内部に略水平な透明部材が配置されてもよい。

【0108】

この場合、透明部材上に実物を配置することができる。これにより、スクリーン１１０の上方または内部に実物と立体画像１とを並べて提示することができる。例えば、ダンサー等の実物の実演家と立体画像１の実演家とをスクリーン１１０の上部で共演させることができる。また、透明部材が内部に配置されたスクリーン１１０の半径ｒ２は、透明部材が上部に配置されたスクリーン１１０の半径ｒ２よりも小さくすることができる。

【0109】

（４）上記の実施の形態においては、スクリーン１１０および光線発生器１２０はグラウンド２１０上に配置されるが、本発明はこれに限定されない。スクリーン１１０および光線発生器１２０は、グラウンド２１０に埋設されるように配置されてもよい。この場合、グラウンド２１０と略同一の高さに立体画像１を提示することができる。そのため、グラウンド２１０上の実物と立体画像１とを並べて提示することができる。

【0110】

（５）上記実施の形態においては、各光線発生器１２０は、斜め下方からスクリーン１１０に光線を出射するように配置されるが、本発明はこれに限定されない。各光線発生器１２０は、水平にスクリーン１１０に光線を出射するように配置されてもよい。

【0111】

（６）上記実施の形態においては、図２に示すように、立体画像表示装置１００が複数の光線発生器１２０を含むことが好ましいが、本発明はこれに限定されない。立体画像表示装置１００は、移動または回転可能に設けられた１つの光線発生器１２０を含んでもよい。この場合、光線発生器１２０は、位置に応じて任意の色に設定された光線を時分割でスクリーン１１０の外周面に出射する。

【0112】

（７）上記実施の形態においては、第１の実施の形態の第２の変形例を除いて、立体画像表示装置１００は複数の光線発生器１２０の外方および上方を覆うカバー部材１５０を含むが、本発明はこれに限定されない。複数の光線発生器１２０が観客３１０から視認されないように配置される場合、または複数の光線発生器１２０が観客３１０から視認されてもよい場合には、立体画像表示装置１００はカバー部材１５０を含まなくてもよい。

【0113】

［４］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

【0114】

上記実施の形態においては、視域３００が視域の例であり、観客３１０〜３１２が観察者の例であり、立体画像１が立体画像の例であり、立体画像表示装置１００が立体画像表示装置の例である。基本拡散部材１１１および調整用拡散部材１１２がそれぞれ第１および第２の光透過拡散部材の例であり、スクリーン１１０がスクリーンの例であり、光線発生器１２０が光線発生器の例であり、制御装置１３０が制御部の例である。

【0115】

円周方向ＲまたはＸ方向が第１の方向の例であり、稜線方向ＴまたはＹ方向が第２の方向の例であり、Ｘ’方向が第３の方向の例であり、Ｙ’方向が第４の方向の例である。Ｘ平面Ｆｘが第１の面の例であり、Ｙ平面Ｆｙが第２の面の例であり、Ｘ’方向に平行な面が第３の面の例であり、Ｙ’方向に平行な面が第４の面の例である。

【0116】

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0117】

本発明は、立体画像を表示する種々の立体画像表示装置、立体画像提示方法に有効に利用することができる。
［５］参考形態
（１）第１の参考形態に係る立体画像表示装置は、立体形状データに基づいて、予め定められた仮想面上の視域における観察者に立体画像を提示するための立体画像表示装置であって、第１および第２の光透過拡散部材の積層構造を有するスクリーンと、複数の光線からなる光線群をスクリーンを通して視域に照射するように配置される光線発生器と、立体形状データに基づいて、光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように光線発生器を制御する制御部とを備え、仮想面に平行な第１の方向がスクリーンの表面に定義されるとともに第１の方向に直交する第２の方向がスクリーンの表面に定義され、第１の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の方向に平行な第１の面内で第１の角度拡散させかつ第２の方向に平行な第２の面内で第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させるように構成され、第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の面内で第１の角度よりも大きい調整角度拡散させて透過させるように構成され、第１および第２の光透過拡散部材は、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が調整角度よりも大きい目標角度に調整されるように積層され、目標角度は、視域に対して、第１の方向において立体画像に欠落部分が発生しない各光線の拡散角度である。
この立体画像表示装置においては、第１および第２の光透過拡散部材の積層構造を有するスクリーンが配置される。光線発生器により複数の光線からなる光線群が、スクリーンを通して予め定められた仮想面上の視域に照射される。立体形状データに基づいて光線発生器が制御されることにより、光線群により立体画像が提示される。
スクリーンの表面には、仮想面に平行な第１の方向が定義されるとともに第１の方向に直交する第２の方向が定義される。第１の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の方向に平行な第１の面内で第１の角度拡散させかつ第２の方向に平行な第２の面内で第１の角度よりも大きい第２の角度拡散させて透過させる。第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第１の面内で第１の角度よりも大きい調整角度拡散させて透過させる。それにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が調整角度よりも大きい目標角度に調整される。そのため、観察者は、第１の方向において欠落部分が発生しない立体画像を視域から観察することができる。
この構成においては、視域ならびに光線発生器の位置および数等を考慮して、試行錯誤を重ねながらスクリーンによる各光線の拡散角度を調整する際に、第１および第２の光透過拡散部材の積層態様を変更すればよく、スクリーンの製造および試験を繰り返す必要がない。そのため、スクリーンを大型化する場合でも、スクリーンのコストおよび製造時間が増加することが抑制される。その結果、広い空間で多数の観察者に立体画像を提示することが可能になる。
（２）第２の光透過拡散部材に互いに直交する第３および第４の方向が定義され、第２の光透過拡散部材は、光線発生器からの各光線を第３の方向に平行な第３の面内で第３の角度拡散させかつ第４の方向に平行な第４の面内で第３の角度よりも大きい第４の角度拡散させて透過させる特性を有し、第１の方向に対して第２の光透過拡散部材の第３の方向がなす角度が調整されることにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度に調整されてもよい。
この場合、第１の光透過拡散部材に対する第２の光透過拡散部材の相対的な傾きを変更しつつ第１および第２の光透過拡散部材を積層することにより、第１の方向に対して第２の光透過拡散部材の第３の方向がなす角度を調整することができる。それにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を調整することができる。その結果、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を目標角度に調整することができる。
（３）第２の光透過拡散部材として、それぞれ異なる拡散角度を有する複数種類の光透過拡散部材から一の光透過拡散部材が選択されることにより、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度に調整されてもよい。
この場合、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度が目標角度と等しくなるように複数種類の光透過拡散部材から一の光透過拡散部材が選択される。これにより、簡単な構成で、第１の面内におけるスクリーンによる各光線の拡散角度を目標角度に調整することができる。
（４）第１の方向は水平方向であり、スクリーンは、垂直方向に延びる中心軸の周囲を取り囲む形状を有し、視域は、スクリーンを取り囲むように水平面上に定められてもよい。
この場合、観察者は、スクリーンを取り囲むように水平面上に定められた視域から、スクリーンの上方または内部の空間に提示される立体画像を裸眼で観察することができる。
（５）スクリーンは、円筒形状を有してもよい。この場合、スクリーンを容易に作製することができる。
（６）第１の方向は水平方向であり、スクリーンは平面形状を有し、視域は、スクリーンに対向するように水平面上に定められてもよい。
この場合、観察者は、スクリーンに対向する水平面上に定められた視域から、スクリーンの前方または後方の空間に提示される立体画像を裸眼で観察することができる。

【符号の説明】

【0118】

１ 立体画像
１００ 立体画像表示装置
１１０ スクリーン
１１１ 基本拡散部材
１１１Ａ〜１１１Ｃ，１１２Ａ，１１２Ｂ 光透過拡散膜
１１１ａ，１１１ｂ 端部
１１１Ｌ 左端部
１１１Ｒ 右端部
１１２ 調整用拡散部材
１２０，１２０Ａ〜１２０Ｃ，１２０ａ〜１２０ｄ 光線発生器
１３０ 制御装置
１４０ 記憶装置
１５０ カバー部材
１６０ 反射部材
２００ 視聴会場
２１０ グラウンド
２２０ 観客席
３００ 視域
３１０〜３１２ 観客
Ｅ，Ｅ’，ＩＡ０〜ＩＣ０，ＩＡ１〜ＩＣ１，Ｐ１〜Ｐ１１，ＰＧ，ＰＲ 位置
Ｆｘ Ｘ平面
Ｆｙ Ｙ平面
Ｌ１〜Ｌ１１，ＬＡ０〜ＬＣ０，ＬＡ１〜ＬＣ１，Ｌａ〜Ｌｄ 光線
Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐａ〜Ｐｄ 点
Ｒ 円周方向
Ｔ 稜線方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】