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(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】
(24)【登録日】2024-09-18
(45)【発行日】2024-09-27
(54)【発明の名称】３次元映像表示装置
(51)【国際特許分類】
H04N 13/307 20180101AFI20240919BHJP
H04N 13/349 20180101ALI20240919BHJP
H04N 13/363 20180101ALI20240919BHJP
H04N 13/398 20180101ALI20240919BHJP
H04N 13/346 20180101ALI20240919BHJP
H04N 13/341 20180101ALI20240919BHJP
G03B 35/24 20210101ALI20240919BHJP
G03B 35/26 20210101ALI20240919BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20240919BHJP
G02B 30/10 20200101ALI20240919BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20240919BHJP
【ＦＩ】
H04N13/307
H04N13/349
H04N13/363
H04N13/398
H04N13/346
H04N13/341
G03B35/24
G03B35/26
G02B3/00 A
G02B30/10
G09F9/00 313
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020191456
(22)【出願日】2020-11-18
(65)【公開番号】P2022080408
(43)【公開日】2022-05-30
【審査請求日】2023-10-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 隼人
(72)【発明者】
【氏名】大村 拓也
(72)【発明者】
【氏名】岡市 直人
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 久幸
(72)【発明者】
【氏名】河北 真宏
【審査官】塚本 丈二
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０６０７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０２４３４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１６３２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００１８０４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ １３／３０－１３／３９８
Ｇ０３Ｂ ３５／２４
Ｇ０３Ｂ ３５／２６
Ｇ０２Ｂ ３／００
Ｇ０２Ｂ ３０／１０
Ｇ０９Ｆ ９／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定方向に配列された多視点映像表示装置の多視点映像を合成することで、前記多視点映像より表示サイズが大きい３次元映像を表示する３次元映像表示装置であって、複数の前記多視点映像表示装置と、
前記多視点映像を構成する視点映像毎に配置され、前記視点映像の光を集光する結像レンズで構成された結像レンズアレイと、
前記結像レンズからの視点映像の光が等間隔で重なり合うように光路をシフトさせる光路シフト光学系と、
前記光路シフト光学系から投射された視点映像の光を拡散し、連続的な輝度分布を有する光線群を再生する表示スクリーンと、
を備えることを特徴とする３次元映像表示装置。
【請求項2】
前記光路シフト光学系は、前記多視点映像表示装置の中央側に位置する前記結像レンズからの出射光より、前記多視点映像表示装置の周辺側に位置する前記結像レンズからの出射光を大きくシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示装置。
【請求項3】
前記光路シフト光学系は、前記結像レンズ毎に配置され、前記結像レンズからの視点映像の光を前記多視点映像表示装置の周辺方向にシフトさせる第１光路シフト素子と、
前記第１光路シフト素子毎に配置され、前記第１光路シフト素子からの視点映像の光を等間隔で重なり合うように前記表示スクリーンに投射する第２光路シフト素子と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元映像表示装置。
【請求項4】
前記多視点映像表示装置の後段に配置され、前記多視点映像表示装置からの視点映像の光の偏光方向を時分割で切り替える偏光切替素子、をさらに備え、前記光路シフト光学系は、
前記結像レンズ毎に配置され、前記結像レンズからの視点映像の光を前記多視点映像表示装置の周辺方向にシフトさせる第１光路シフト素子と、
前記第１光路シフト素子毎に配置され、前記第１光路シフト素子からの視点映像の光の偏光方向に応じて、当該光の投射位置を反対方向にシフトさせる偏光回折格子の対と、
前記第１光路シフト素子毎に配置され、前記偏光回折格子の対からの視点映像の光を等間隔で重なり合うように前記表示スクリーンに投射する第２光路シフト素子と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元映像表示装置。
【請求項5】
前記多視点映像表示装置の後段に配置され、前記多視点映像表示装置からの視点映像の光の偏光方向を時分割で切り替える偏光切替素子、をさらに備え、前記光路シフト光学系は、
前記結像レンズ毎に配置され、前記結像レンズからの視点映像の光を前記多視点映像表示装置の周辺方向にシフトさせる第１光路シフト素子と、
前記第１光路シフト素子毎に配置され、前記第１光路シフト素子からの視点映像の光の偏光方向に応じて、当該光の投射位置を反対方向にシフトさせる偏光回折格子と、
前記第１光路シフト素子毎に２つ配置され、前記偏光回折格子からの視点映像の光を等間隔で重なり合うように前記表示スクリーンに投射する第２光路シフト素子と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元映像表示装置。
【請求項6】
前記偏光切替素子に前記視点映像の光の偏光方向を時分割で切り替えさせる偏光切替制御手段と、前記偏光方向に応じた投影位置の多視点映像を前記多視点映像表示装置に同期して表示させる多視点映像切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の３次元映像表示装置。
【請求項7】
前記結像レンズ及び第１光路シフト素子を偏心レンズとして一体化したことを特徴とする請求項３から請求項６の何れか一項に記載の３次元映像表示装置。
【請求項8】
前記結像レンズの焦点に配置されたコンデンサレンズ、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の３次元映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多視点映像を合成し、表示サイズが大きい３次元映像を表示する３次元映像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、３Ｄメガネを用いた二眼方式を筆頭として、多種多様な３次元映像表示方式が知られている。この一つとして、複数表示の多視点映像を表示スクリーンに重畳投射することで、高密度な光線群を再生する３次元映像表示方式が提案されている（例えば、特許文献１）。
【0003】
特許文献１に記載の３次元映像表示方式では、特殊なメガネが不要で、水平・垂直に視差を有する自然な３次元映像を表示できる。この３次元映像表示方式では、所定の微小な拡散角を有する表示スクリーンに対して、多視点映像を水平方向及び垂直方向に均一の間隔で投射することにより、３次元映像を表示する。この３次元映像表示方式では、原理的に、複数台の表示デバイスをタイリングすることで多視点映像の投射位置を増やし、表示サイズを拡大できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２０－６０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、前記した３次元映像表示方式では、複数台の多視点映像表示装置をタイリング（配列）すると、表示画面の周辺に存在するベゼル（枠）の影響により、多視点映像の投射間隔が不均一になり、隣接する多視点映像同士に隙間が生じるという課題がある。
【0006】
そこで、本発明は、複数の多視点映像を隙間なく合成できる３次元映像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するため、本発明に係る３次元映像表示装置は、所定方向に配列された多視点映像表示装置の多視点映像を合成することで、多視点映像より表示サイズが大きい３次元映像を表示する３次元映像表示装置であって、複数の多視点映像表示装置と、多視点映像を構成する視点映像毎に配置され、視点映像の光を集光する結像レンズで構成された結像レンズアレイと、結像レンズからの視点映像の光が等間隔で重なり合うように光路をシフトさせる光路シフト光学系と、光路シフト光学系から投射された視点映像の光を拡散し、連続的な輝度分布を有する光線群を再生する表示スクリーンと、を備える構成とした。
【0008】
かかる構成によれば、３次元映像表示装置は、多視点映像表示装置にベゼルがある場合でも、表示スクリーンに視点映像の光を等間隔で重なり合うように投射するので、それぞれの多視点映像表示装置が表示する多視点映像を隙間なく合成できる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、複数の多視点映像を隙間なく合成できる３次元映像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態に係る３次元映像表示装置の概略構成図である。
【図2】３次元映像の表示を説明する説明図であり、（ａ）は光路シフト光学系を備えない従来技術の場合であり、（ｂ）は第１実施形態に係る３次元映像表示装置の場合である。
【図3】第２実施形態に係る３次元映像表示装置の概略構成図である。
【図4】第２実施形態において、（ａ）及び（ｂ）は偏光回折格子による光路のシフトを説明する説明図である。
【図5】第３実施形態に係る３次元映像表示装置の概略構成図である。
【図6】第１変形例に係る３次元映像表示装置の概略構成図である。
【図7】第１変形例において、シフト距離を説明する説明図である。
【図8】第２変形例に係る３次元映像表示装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に説明する各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【0012】
（第１実施形態）
［３次元映像表示装置の構成］
図１を参照し、第１実施形態に係る３次元映像表示装置１の構成について説明する。
３次元映像表示装置１は、所定方向に配列された多視点映像表示装置２の多視点映像Ｖを合成することで、多視点映像Ｖより表示サイズが大きい３次元映像Ｗ（図２）を表示するものである。図１に示すように、３次元映像表示装置１は、複数の多視点映像表示装置２と、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４と、表示スクリーン５とを備える。
なお、図１では、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、奥行き方向をＺ軸として図示した。
［３次元映像表示装置の構成］
図１を参照し、第１実施形態に係る３次元映像表示装置１の構成について説明する。
３次元映像表示装置１は、所定方向に配列された多視点映像表示装置２の多視点映像Ｖを合成することで、多視点映像Ｖより表示サイズが大きい３次元映像Ｗ（図２）を表示するものである。図１に示すように、３次元映像表示装置１は、複数の多視点映像表示装置２と、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４と、表示スクリーン５とを備える。
なお、図１では、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、奥行き方向をＺ軸として図示した。
【0013】
本実施形態では、水平方向及び垂直方向にそれぞれ２台、合計４台の多視点映像表示装置２が二次元状に配列されていることとする。なお、全ての多視点映像表示装置２が同一構成である。
また、多視点映像Ｖは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ４視点、合計１６視点の視点映像ｖで構成されていることとする。
また、多視点映像Ｖは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ４視点、合計１６視点の視点映像ｖで構成されていることとする。
【0014】
多視点映像表示装置２は、多視点映像Ｖを表示する一般的な表示デバイスである。また、多視点映像表示装置２は、多視点映像Ｖの表示面２０と、表示面２０の周囲に形成されたベゼル２１とを備える。例えば、多視点映像表示装置２として、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ、液晶ディスプレイなどの直視型表示デバイス、又は、プロジェクタなどの投射型表示デバイスを使用できる。
【0015】
図１に示すように、多視点映像表示装置２は、水平方向及び垂直方向に視点映像ｖが２次元アレイ状に配列された多視点映像Ｖを、後記する結像レンズアレイ３に平行光線として出射する。なお、図１では、視点映像ｖを破線で図示すると共に、視点映像ｖからの光線も破線で図示した。
【0016】
多視点映像表示装置２が透過型液晶ディスプレイの場合、バックライトを平行光線とすることで、多視点映像Ｖを平行光線として出射できる。
また、多視点映像表示装置２がプロジェクタの場合、プロジェクタの後段にコリメーターレンズ（不図示）を備えることで、多視点映像Ｖを平行光線として出射できる。
また、多視点映像表示装置２は、発散光を出射する光源の場合、多視点映像Ｖが集光する結像レンズ３０の焦点ｆにアパーチャ（不図示）を備えればよい。これにより、多視点映像表示装置２は、平行光線以外の不要光を遮断することで、多視点映像Ｖを平行光線として出射しているのと等価な状態にできる。
また、多視点映像表示装置２がプロジェクタの場合、プロジェクタの後段にコリメーターレンズ（不図示）を備えることで、多視点映像Ｖを平行光線として出射できる。
また、多視点映像表示装置２は、発散光を出射する光源の場合、多視点映像Ｖが集光する結像レンズ３０の焦点ｆにアパーチャ（不図示）を備えればよい。これにより、多視点映像表示装置２は、平行光線以外の不要光を遮断することで、多視点映像Ｖを平行光線として出射しているのと等価な状態にできる。
【0017】
結像レンズアレイ３は、多視点映像Ｖを構成する視点映像ｖ毎に配置され、視点映像ｖの光を集光する結像レンズ３０で構成されたものである。例えば、結像レンズ３０としては、凸レンズを使用できる。本実施形態では、結像レンズアレイ３は、多視点映像表示装置２毎に、水平方向及び垂直方向にそれぞれ４個、合計１６個の結像レンズ３０が二次元状に配列されている。つまり、結像レンズアレイ３は、全体で６４個の結像レンズ３０で構成されている。
【0018】
ここで、結像レンズ３０は、多視点映像表示装置２が出射した多視点映像Ｖを構成する視点映像ｖを、光路シフト光学系４に出射する。すると、結像レンズ３０に入射した各視点映像ｖは、結像レンズ３０の焦点ｆに集光し、光路シフト光学系４を介して、表示スクリーン５に投射される。
【0019】
光路シフト光学系４は、結像レンズ３０からの視点映像ｖの光が等間隔で重なり合うように光路をシフトさせるものである。図１に示すように、光路シフト光学系４は、第１光路シフト素子４０と、第２光路シフト素子４１とを備える。例えば、第１光路シフト素子４０及び第２光路シフト素子４１として、プリズムや回折光学素子を使用できる。
【0020】
第１光路シフト素子４０は、結像レンズ３０毎に配置され、結像レンズ３０からの視点映像ｖの光を多視点映像表示装置２の周辺方向にシフトさせるものである。本実施形態では、第１光路シフト素子４０は、中心が結像レンズ３０の光軸と一致するようにＸ－Ｙ平面上に配置されている。また、第１光路シフト素子４０は、多視点映像Ｖの光線を包含する大きさ、すなわち、結像レンズ３０のレンズサイズ以下の大きさとする。
【0021】
第２光路シフト素子４１は、第１光路シフト素子４０毎に配置され、第１光路シフト素子４０からの視点映像ｖの光を等間隔で重なり合うように表示スクリーン５に投射するものである。ここで、第２光路シフト素子４１は、隣接する視点映像ｖの光線に重複しないように配置されている。具体的には、第２光路シフト素子４１は、第１光路シフト素子４０と平行になるようにＸ－Ｙ平面上、かつ、Ｚ軸方向で結像レンズ３０から焦点ｆの２倍までの位置に配置されている。
【0022】
表示スクリーン５は、光路シフト光学系４から投射された視点映像ｖ光を拡散し、連続的な輝度分布を有する光線群を再生するものである。本実施形態では、表示スクリーン５は、離散的な角度で入射する多視点映像Ｖの光線群を僅かに広げるように再生する。表示スクリーン５の拡散角は、多視点映像Ｖの投射角度間隔(表示スクリーン５上のある一点と各多視点映像Ｖの集光位置とを結んだ線分の角度間隔)と同一にする。例えば、表示スクリーン５は、微小な拡散角を有する拡散スクリーンである。
【0023】
＜３次元映像表示装置の原理＞
図１及び図２を参照し、３次元映像表示装置１の原理について説明する。
ここで、水平方向及び垂直方向に２台の多視点映像表示装置２をタイリングした場合を考える。この場合、多視点映像表示装置２にベゼル２１が存在するので、隣接する多視点映像表示装置２が表示する多視点映像Ｖ同士に隙間が生じる。光路シフト光学系４を備えない場合、図２（ａ）に示すように、視点映像ｖの投射間隔が不均一になり、３次元映像Ｗの表示領域に隙間が生じてしまう。つまり、隣接する多視点映像Ｖの間では、各視点映像ｖの中心位置ｃが不均一になり、ハッチングで図示した隙間が３次元映像Ｗに生じてしまう。
図１及び図２を参照し、３次元映像表示装置１の原理について説明する。
ここで、水平方向及び垂直方向に２台の多視点映像表示装置２をタイリングした場合を考える。この場合、多視点映像表示装置２にベゼル２１が存在するので、隣接する多視点映像表示装置２が表示する多視点映像Ｖ同士に隙間が生じる。光路シフト光学系４を備えない場合、図２（ａ）に示すように、視点映像ｖの投射間隔が不均一になり、３次元映像Ｗの表示領域に隙間が生じてしまう。つまり、隣接する多視点映像Ｖの間では、各視点映像ｖの中心位置ｃが不均一になり、ハッチングで図示した隙間が３次元映像Ｗに生じてしまう。
【0024】
そこで、３次元映像表示装置１は、多視点映像Ｖの投射間隔が均一となるように、光路シフト光学系４により多視点映像Ｖの光路をシフトする。図２（ｂ）に示すように、隣接する多視点映像Ｖの間でも各視点映像ｖの中心位置ｃが均一になるので、３次元映像Ｗに隙間が生じることがない。このように、３次元映像表示装置１では、多視点映像Ｖの隙間を除去して隙間なく合成し、表示サイズを拡大した３次元映像Ｗを表示できる。図２（ｂ）の例では、３次元映像表示装置１は、１台の多視点映像表示装置２を使用した場合と比べて、３次元映像Ｗの表示サイズを４倍に拡大できる。
【0025】
以下、光路シフト光学系４による光路のシフトを説明する。図１に示すように、３次元映像表示装置１は、同一の多視点映像表示装置２に対して、４つの結像レンズ３０１～３０４を備える。ここで、垂直方向に配置された多視点映像表示装置２の表示面２０に対して、周辺側に結像レンズ３０１，３０４が位置し、中央側に結像レンズ３０２，３０３が位置する。この場合、光路シフト光学系４は、第１光路シフト素子４０において、中央側の結像レンズ３０２，３０３からの出射光より、周辺側の結像レンズ３０１，３０４からの出射光を大きくシフトさせる。つまり、光路シフト光学系４では、第１光路シフト素子４０において、結像レンズ３０の位置が多視点映像表示装置２の中央から離れる程、光路をシフトさせる距離（シフト距離）が長くなる。
【0026】
また、光路シフト光学系４は、第１光路シフト素子４０において、各多視点映像表示装置２の周辺方向、つまり、中央側から周辺側に向けて視点映像ｖの出射光をシフトさせる。図１に示すように、光路シフト光学系４は、第１光路シフト素子４０において、４つの結像レンズ３０１～３０４のうち、上側２つの結像レンズ３０１，３０２からの出射光を上向きにシフトさせる。また、光路シフト光学系４は、第１光路シフト素子４０において、４つの結像レンズ３０１～３０４のうち、下側２つの結像レンズ３０３，３０４からの出射光を下向きにシフトさせる。
なお、図１では、垂直方向に光がシフトするように図示したが、水平方向にもシフトさせることは言うまでもない。
なお、図１では、垂直方向に光がシフトするように図示したが、水平方向にもシフトさせることは言うまでもない。
【0027】
ここで、第１光路シフト素子４０及び第２光路シフト素子４１が回折光学素子の場合を考える。この場合、回折格子の溝のピッチや２枚の回折光学素子間の距離を調整することで、シフト距離を調整できる。このシフト距離ｓは、以下の式（１）で表される。
【0028】
【数1】
【0029】
但し、Ｌは回折光学素子間の距離、θは回折角度、λは第１光路シフト素子４０に入射した光の波長、pは回折格子の溝のピッチである。つまり、回折光学素子間の距離Ｌは、第１光路シフト素子４０と第２光路シフト素子４１との距離になる。また、第１光路シフト素子４０及び第２光路シフト素子４１の回折角度及び溝のピッチが同一であることとする。
【0030】
前記した式（１）より、シフト距離ｓを短くする場合、回折格子の溝のピッチｐを大きくするか、又は、回折光学素子間の距離Ｌを短くすればよい。一方、シフト距離ｓを長くする場合、回折格子の溝のピッチを小さくするか、又は、回折光学素子間の距離Ｌを長くすればよい。
【0031】
なお、回折光学素子では、波長により回折角度θが異なるため、色収差が生じることがある。この色収差を抑制するには、ＲＧＢの波長毎に溝のピッチが異なるように作用する波長選択性を有する回折光学素子を使用すればよい。
【0032】
［作用・効果］
以上のように、３次元映像表示装置１は、多視点映像表示装置２にベゼル２１が存在する場合でも、表示スクリーン５に視点映像ｖの光を等間隔で重なり合うように投射するので、それぞれの多視点映像表示装置２が表示する多視点映像Ｖを隙間なく合成し、３次元映像Ｗの表示サイズを拡大できる。
以上のように、３次元映像表示装置１は、多視点映像表示装置２にベゼル２１が存在する場合でも、表示スクリーン５に視点映像ｖの光を等間隔で重なり合うように投射するので、それぞれの多視点映像表示装置２が表示する多視点映像Ｖを隙間なく合成し、３次元映像Ｗの表示サイズを拡大できる。
【0033】
（第２実施形態）
図３及び図４を参照し、第２実施形態に係る３次元映像表示装置１Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
３次元映像表示装置１Ｂは、時分割表示技術を適用し、光線の高密度化を図ったものである。図３に示すように、３次元映像表示装置１Ｂは、複数の多視点映像表示装置２Ｂと、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４Ｂと、表示スクリーン５と、偏光切替素子６と、同期制御装置７とを備える。
図３及び図４を参照し、第２実施形態に係る３次元映像表示装置１Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
３次元映像表示装置１Ｂは、時分割表示技術を適用し、光線の高密度化を図ったものである。図３に示すように、３次元映像表示装置１Ｂは、複数の多視点映像表示装置２Ｂと、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４Ｂと、表示スクリーン５と、偏光切替素子６と、同期制御装置７とを備える。
【0034】
以下、偏光切替素子６及び光路シフト光学系４Ｂを説明した後、多視点映像表示装置２Ｂ及び同期制御装置７を説明する。なお、結像レンズアレイ３及び表示スクリーン５は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。また、図３では、図面を見やすくするため、一部符号の図示を省略した。
【0035】
偏光切替素子６は、多視点映像表示装置２Ｂの後段に配置され、多視点映像表示装置２Ｂからの視点映像ｖの光の偏光方向を時分割で切り替えるものである。つまり、偏光切替素子６は、後記する偏光切替制御手段７０からの同期信号に従って、偏光回折格子４２に出射する光の偏光方向を交互に切り替える。本実施形態では、切り替える偏光方向を水平偏光及び垂直偏光としたが、左円偏光及び右円偏光としてもよい。なお、図３では、偏光方向の一方を実線で図示し、偏光方向の他方を破線で図示した。
【0036】
光路シフト光学系４Ｂは、第１実施形態と同様、結像レンズ３０からの視点映像ｖの光が等間隔で重なり合うように光路をシフトさせるものである。このとき、光路シフト光学系４Ｂは、視点映像ｖの光の偏光方向に応じて、異なる投射位置に光路をシフトさせる。図３に示すように、光路シフト光学系４Ｂは、第１光路シフト素子４０と、第２光路シフト素子４１と、偏光回折格子の対４３とを備える。なお、第１光路シフト素子４０及び第２光路シフト素子４１は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
【0037】
偏光回折格子の対４３は、第１光路シフト素子４０毎に配置され、第１光路シフト素子４０からの視点映像ｖの光の偏光方向に応じて、その光の投射位置を反対方向にシフトさせるものである。図３に示すように、偏光回折格子の対４３は、第１光路シフト素子４０及び第２光路シフト素子４１の間に挿入されている。
【0038】
また、偏光回折格子の対４３は、互にペアとなる偏光回折格子４２（４２１，４２２）で構成されている。例えば、偏光回折格子４２１は、第１光路シフト素子４０と同一のサイズであり、第１光路シフト素子４０の隣に位置する。また、偏光回折格子４２２は、第２光路シフト素子４１と同一のサイズであり、第２光路シフト素子４１の隣に位置する。例えば、偏光回折格子４２としては、特開２００６－１０６７２６号公報、特開２００８－２３３５３９号公報、又は、特開２０１６－１３６１６５号公報に記載されたものを使用できる。
【0039】
ここで、偏光回折格子４２は、入射する光線の偏光方向に応じて、その光線を異なる方向に±１次光として回折させる光学素子である。例えば、偏光回折格子４２が、その溝を一方向のみに切り、光線の位相を１８０度ずらす場合を考える。図４に示すように、２枚の偏光回折格子４２１，４２２を離間させることで、入射する光線の偏光状態に応じて、光線を反対方向にシフトできる。
【0040】
図４（ａ）の例では、偏光回折格子４２１は、入射した水平偏光を垂直偏光に変換し、上向きに出射する。そして、偏光回折格子４２２は、偏光回折格子４２１からの垂直偏光を水平偏光に再び変換し、シフト距離ｓだけ上側にシフトさせる。図４（ｂ）の例では、偏光回折格子４２１は、入射した垂直偏光を水平偏光に変換し、下向きに出射する。そして、偏光回折格子４２２は、偏光回折格子４２１からの水平偏光を垂直偏光に再び変換し、シフト距離ｓだけ下側にシフトさせる。
なお、本実施形態では、光を垂直方向で上下にシフトさせているが、光を水平方向や斜め方向で左右にシフトさせてもよい。
なお、本実施形態では、光を垂直方向で上下にシフトさせているが、光を水平方向や斜め方向で左右にシフトさせてもよい。
【0041】
以上を踏まえ、偏光回折格子４２では、±１次光の多視点映像Ｖを時分割表示したとき、投射間隔が均一になればよい。具体的には、偏光回折格子４２による光路のシフト距離ｓが、時分割表示を行わない３次元映像表示装置１（図１）での投射間隔の１／４になればよい。なお、シフト距離ｓは、第１実施形態と同様、回折格子の溝のピッチと二枚の偏光回折素子間の距離により調整できるので、これ以上の説明を省略する。
【0042】
図３に戻り、３次元映像表示装置１Ｂの説明を続ける。
多視点映像表示装置２Ｂは、それぞれの投射位置に対応した多視点映像Ｖを同期表示するものである。本実施形態では、多視点映像表示装置２Ｂは、後記する多視点映像切替手段７１からの同期信号に従って、投射位置毎に多視点映像Ｖを時分割で表示する。具体的には、多視点映像表示装置２Ｂは、図３の実線及び破線に対応する多視点映像Ｖを時分割で表示する。なお、多視点映像表示装置２Ｂの構成自体は、第１実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
多視点映像表示装置２Ｂは、それぞれの投射位置に対応した多視点映像Ｖを同期表示するものである。本実施形態では、多視点映像表示装置２Ｂは、後記する多視点映像切替手段７１からの同期信号に従って、投射位置毎に多視点映像Ｖを時分割で表示する。具体的には、多視点映像表示装置２Ｂは、図３の実線及び破線に対応する多視点映像Ｖを時分割で表示する。なお、多視点映像表示装置２Ｂの構成自体は、第１実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
【0043】
同期制御装置７は、多視点映像表示装置２Ｂ及び偏光切替素子６の同期制御を行うものである。つまり、同期制御装置７は、多視点映像表示装置２Ｂによる多視点映像Ｖの表示タイミングと、偏光切替素子６による偏光方向の切替タイミングとを同期させる。本実施形態では、同期制御装置７は、視聴者Ａがフリッカーを知覚しない時間（例えば、１／１２０秒）で切り替えを行う。図３に示すように、同期制御装置７は、偏光切替制御手段７０と、多視点映像切替手段７１とを備える。
【0044】
偏光切替制御手段７０は、偏光切替素子６に視点映像ｖの光の偏光方向を時分割で切り替えさせるものである。具体的には、偏光切替制御手段７０は、多視点映像切替手段７１と同期するように、偏光方向の切替タイミングを示す同期信号を偏光切替素子６に出力する。
【0045】
多視点映像切替手段７１は、偏光方向に応じた投影位置の多視点映像Ｖを多視点映像表示装置２Ｂに同期して表示させるものである。具体的には、多視点映像切替手段７１は、多視点映像Ｖの表示タイミングを示す同期信号を多視点映像表示装置２Ｂに出力する。
【0046】
［作用・効果］
以上のように、３次元映像表示装置１Ｂは、第１実施形態と同様、隙間なく多視点映像Ｖを合成し、３次元映像Ｗの表示サイズを拡大することができる。
さらに、３次元映像表示装置１Ｂは、時分割表示により、多視点映像Ｖの投射密度を２倍に向上させて、奥行き再現範囲などの表示特性が向上した３次元映像Ｗを表示できる。
以上のように、３次元映像表示装置１Ｂは、第１実施形態と同様、隙間なく多視点映像Ｖを合成し、３次元映像Ｗの表示サイズを拡大することができる。
さらに、３次元映像表示装置１Ｂは、時分割表示により、多視点映像Ｖの投射密度を２倍に向上させて、奥行き再現範囲などの表示特性が向上した３次元映像Ｗを表示できる。
【0047】
（第３実施形態）
図５を参照し、第３実施形態に係る３次元映像表示装置１Ｃの構成について、第２実施形態と異なる点を説明する。
３次元映像表示装置１Ｃは、図３の偏光回折格子４２２を除去し、第２光路シフト素子４１Ｃの数を垂直方向で２倍にしたものである。図５に示すように、３次元映像表示装置１Ｃは、複数の多視点映像表示装置２Ｂと、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４Ｃと、表示スクリーン５と、偏光切替素子６と、同期制御装置７とを備える。なお、光路シフト光学系４Ｃ以外の各手段は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
図５を参照し、第３実施形態に係る３次元映像表示装置１Ｃの構成について、第２実施形態と異なる点を説明する。
３次元映像表示装置１Ｃは、図３の偏光回折格子４２２を除去し、第２光路シフト素子４１Ｃの数を垂直方向で２倍にしたものである。図５に示すように、３次元映像表示装置１Ｃは、複数の多視点映像表示装置２Ｂと、結像レンズアレイ３と、光路シフト光学系４Ｃと、表示スクリーン５と、偏光切替素子６と、同期制御装置７とを備える。なお、光路シフト光学系４Ｃ以外の各手段は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
【0048】
光路シフト光学系４Ｃは、第２実施形態と同様、視点映像ｖの光の偏光方向に応じて、異なる投射位置に光路をシフトさせるものである。図５に示すように、光路シフト光学系４Ｃは、第１光路シフト素子４０と、第２光路シフト素子４１Ｃと、偏光回折格子４２１とを備える。なお、第２光路シフト素子４１Ｃ以外の各手段は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
【0049】
第２光路シフト素子４１Ｃは、第１光路シフト素子４０毎に２つ配置され、偏光回折格子４２１からの視点映像の光を等間隔で重なり合うように表示スクリーン５に投射するものである。例えば、第２光路シフト素子４１Ｃは、図３の第２光路シフト素子４１と比べて、幅が同一であり、高さが半分である。ここで、光路シフト光学系４Ｃは、同一の第１光路シフト素子４０に対して、２つの第２光路シフト素子４１Ｃ１，４１Ｃ２が垂直方向に並んでいる。図５に示すように、２つの第２光路シフト素子４１Ｃ１，４１Ｃ２のうち、上側の第２光路シフト素子４１Ｃ１が偏光方向の一方（実線で図示）を投射し、下側の第２光路シフト素子４１Ｃ２が偏光方向の他方（破線で図示）を投射する。
【0050】
以上のように、３次元映像表示装置１Ｃは、第２実施形態と同様、多視点映像Ｖを隙間なく合成し、３次元映像Ｗの表示サイズを拡大することができる。
さらに、３次元映像表示装置１Ｃは、第２光路シフト素子４１Ｃの密度を２倍に増やしたことにより、後段の偏光回折格子４２２（図３）を備える必要がなく、光の利用効率を向上させるとともに、簡易な構成を実現できる。
さらに、３次元映像表示装置１Ｃは、第２光路シフト素子４１Ｃの密度を２倍に増やしたことにより、後段の偏光回折格子４２２（図３）を備える必要がなく、光の利用効率を向上させるとともに、簡易な構成を実現できる。
【0051】
以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0052】
（第１変形例）
図６及び図７を参照し、第１変形例に係る３次元映像表示装置１Ｄの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図６に示すように、３次元映像表示装置１Ｄは、図１の結像レンズ３０及び第１光路シフト素子４０を偏心レンズ８として一体化したものである。つまり、偏心レンズ８は、結像レンズ３０と第１光路シフト素子４０との機能を有している。
図６及び図７を参照し、第１変形例に係る３次元映像表示装置１Ｄの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図６に示すように、３次元映像表示装置１Ｄは、図１の結像レンズ３０及び第１光路シフト素子４０を偏心レンズ８として一体化したものである。つまり、偏心レンズ８は、結像レンズ３０と第１光路シフト素子４０との機能を有している。
【0053】
ここで、３次元映像表示装置１Ｄは、同一の多視点映像表示装置２に対して、４つの偏心レンズ８１～８４を備える。垂直方向に配置された多視点映像表示装置２の表示面２０に対して、周辺側に偏心レンズ８１，８４が位置し、中央側に偏心レンズ８２，８３が位置する。この場合、３次元映像表示装置１Ｄは、中央側に偏心レンズ８２，８３からの出射光より、周辺側の偏心レンズ８１，８４からの出射光を大きくシフトさせる。つまり、３次元映像表示装置１Ｄでは、偏心レンズ８の位置が多視点映像表示装置２の中央から離れる程、シフト距離ｓが長くなる。
【0054】
偏心レンズ８によるシフト距離ｓは、以下の式（２）で表される。但し、Ｌは偏心レンズ８と第２光路シフト素子４１との距離である。また、図７に示すように、θは視点映像ｖの光の偏向角度、ｄは偏心レンズ８の偏心距離、ｆは偏心レンズ８の焦点距離である。また、αは偏心レンズ８の光軸、βは視点映像ｖの光の中心位置である。
【0055】
【数2】
【0056】
このように、３次元映像表示装置１Ｄは、結像レンズ３０及び第１光路シフト素子４０を一体化し、簡易な構成を実現できる。
【0057】
（第２変形例）
図８を参照し、第２変形例に係る３次元映像表示装置１Ｅの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図８に示すように、３次元映像表示装置１Ｅは、結像レンズ３０の焦点ｆに配置されたコンデンサレンズ９をさらに備えるものである。また、３次元映像表示装置１Ｅでは、コンデンサレンズ９の焦点ｆＣに表示スクリーン５が配置されている。
図８を参照し、第２変形例に係る３次元映像表示装置１Ｅの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
図８に示すように、３次元映像表示装置１Ｅは、結像レンズ３０の焦点ｆに配置されたコンデンサレンズ９をさらに備えるものである。また、３次元映像表示装置１Ｅでは、コンデンサレンズ９の焦点ｆＣに表示スクリーン５が配置されている。
【0058】
この構成によれば、３次元映像表示装置１Ｅは、コンデンサレンズ９により、全ての多視点映像Ｖを表示スクリーン５の同一領域に異なる角度で重なるように投射する。その結果、３次元映像表示装置１Ｅでは、複数台の多視点映像表示装置２をタイリングしたとき、３次元映像Ｗの視域角を拡大できる。
【0059】
（その他変形例）
前記した各実施形態では、水平方向及び垂直方向にそれぞれ２台の多視点映像表示装置をタイリングすることとして説明したが、多視点映像表示装置の台数を３台以上に増やしてもよい。
また、各多視点映像が４つの視点映像で構成されることとして説明したが、視点数は任意である。
前記した各実施形態では、水平方向及び垂直方向にそれぞれ２台の多視点映像表示装置をタイリングすることとして説明したが、多視点映像表示装置の台数を３台以上に増やしてもよい。
また、各多視点映像が４つの視点映像で構成されることとして説明したが、視点数は任意である。
【符号の説明】
【0060】
１，１Ｂ～１Ｅ ３次元映像表示装置
２，２Ｂ 多視点映像表示装置
３ 結像レンズアレイ
４，４Ｂ，４Ｃ 光路シフト光学系
５ 表示スクリーン
６ 偏光切替素子
７ 同期制御装置
８，８１～８４ 偏心レンズ
９ コンデンサレンズ
２０ 表示面
２１ ベゼル
３０，３０１～３０４ 結像レンズ
４０ 第１光路シフト素子
４１，４１Ｃ，４１Ｃ１，４１Ｃ２ 第２光路シフト素子
４２，４２１，４２２ 偏光回折格子
４３ 偏光回折格子の対
７０ 偏光切替制御手段
７１ 多視点映像切替手段
２，２Ｂ 多視点映像表示装置
３ 結像レンズアレイ
４，４Ｂ，４Ｃ 光路シフト光学系
５ 表示スクリーン
６ 偏光切替素子
７ 同期制御装置
８，８１～８４ 偏心レンズ
９ コンデンサレンズ
２０ 表示面
２１ ベゼル
３０，３０１～３０４ 結像レンズ
４０ 第１光路シフト素子
４１，４１Ｃ，４１Ｃ１，４１Ｃ２ 第２光路シフト素子
４２，４２１，４２２ 偏光回折格子
４３ 偏光回折格子の対
７０ 偏光切替制御手段
７１ 多視点映像切替手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】