JP2006084571A - 立体表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次元映像の投影タイミングを考慮することなく、高解像度の鮮明な立体映像をいずれの方向からも見ることができるようにする。
【解決手段】スクリーン3の回転軸23を中心として、リング状に配列されたミラーからなる2つの多角形ミラー4a,4bが配置されており、これら多角形ミラー4a,4bのミラー面に対向し、かつスクリーン3回転軸3の延長線上に、電子式プロジェクタ5が配置されている。この電子式プロジェクタ5からは、リング状にコマ映像が配列されてなる2つのコマ映像群G,Hが同心状に配置されて含まれる映像が出射される。一方のコマ映像群Gは多角形ミラー4aで反射されて回転するスクリーン2に投影され、他方のコマ映像群Hは多角形ミラー4bで反射されて回転するスクリーン2に投影される。スクリーン2の回転に応じて、コマ映像群G,Hは夫々1コマ映像ずつ順にスクリーン2に投影されて表示される。
【選択図】図4

Description

本発明は、表示された映像を、その周囲を周りながら、見ていくと、表示対象の異なる側面を見ることができて立体視を可能とした立体表示装置に関する。
回転するスクリーンを用いて、立体画像を表示するようにした立体表示装置が提案されている。その一例として、三次元の物体を表わす三次元画像データから、この物体をその周囲の各方向から見たときのこの物体の二次元画像のデータを作成し(なお、かかる三次元画像データから二次元画像データを作成する際、見えない部分のデータを消去する隠面消去処理が行なわれる)、これを回転するスクリーン上に順番に投影するものであるが、回転によるスクリーンの向きの変化とともに、これに投影する二次元画像を順次変えていくものである。これによると、ある一点からこのスクリーンを見た場合、このスクリーンの回転を速くすることにより、そこに表示される画像は徐々に変化する。このように画像表示が行なわれることにより、視覚の残像効果でもって、スクリーンの投影画像が三次元画像に見えるようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。
また、この特許文献1に記載の技術のように、スクリーンを回転させて二次元画像を投影し、三次元画像が得られるようにする場合、投影する二次元画像の照度分布が均一とすると、スクリーンに投影された画像では、スクリーンの回転軸側に比べてこの回転軸から離れるほど照度が低下し、照度分布が不均一となるが、これを防止するために、投影する二次元画像の照度分布を不均一にし、スクリーンに投影された画像の照度分布を均一にするようにした技術も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、表示対象を異なる視点から撮影して夫々スライド画像を作成し、回転するスクリーンがこれらの視点の方向を順次向く毎に、この該当する視点から撮影して得られたスライド画像を投影する構成とし、スクリーンの回転速度を300〜600回転/分程度に高めることにより、肉眼の残像が誘起してスクリーン上に擬似的な三次元画像を形成させるようにしたり、表示対象をその周囲を一周移動するカメラで連続的に撮像することにより、その撮像画像の円筒フィルムを作成し、かかる円筒フィルムの画像を順次読み取り、その画像を円筒フィルムの読み取りに同期して回転するミラーを介して空間の位置に結像させ、このミラーの回転速度を充分高めることにより、肉眼の残像によって三次元の空間浮遊画像を生じさせたりする技術も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2001ー103515 特開2002ー27504 特開2002ー271820
ところで、上記特許文献1,2に記載の技術は、残像を利用して立体視ができるようにしたものであるから、ほぼ同時にわずかに異なる画像が表示されるようにすることが必要である。このためには、充分多くの二次元画像が必要となり、その作成に非常な手間と時間がかかるし、かかる二次元画像のデータを保持するメモリも大容量のものが必要となる。また、スクリーンを高速に回転させることが必要であることから、このスクリーンの向きに対応した二次元画像を精度良くスクリーンに投影させることが必要であり、スクリーンの回転とこのスクリーンへの二次元画像の投影タイミングとの同期を高い精度で維持することが必要となる。
また、上記特許文献3に記載の技術も、高速に回転するスクリーンに二次元のスライド画像を投影することにより、あるいは高速に回転するミラーで周辺の空間位置に円筒フィルムから読み取った二次元画像を結像させることにより、肉眼の残像が作用するようにして、三次元画像に見えるようにするものである。このスライド画像をスクリーンに投影する場合には、上記の特許文献1,2に記載の技術と同様、スクリーンが上記の視点に向いたとき、これに該当するスライド画像をこのスクリーンに投影することが必要であるが、スクリーンが高速に回転するものであるから、スライド画像のスクリーンへの投影のタイミングに非常に高い精度が要求されることになる。
上記特許文献3に記載の技術において、上記の円筒フィルムから読み取った二次元画像を用いて三次元の画像表示をする場合には、かかる円筒フィルムが画像を順次読み取るための複雑な手段が必要となるし、また、この円筒フィルムから読み取った画像は空間中に結像させるものであるから、この結像位置でしか鮮明な三次元画像を見ることができず、見る位置が非常に限られたものとなる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、その目的は、二次元映像の投影タイミングを考慮することなく、高解像度の鮮明な立体映像をいずれの方向からも見ることができるようにした立体表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のミラーからなり、スクリーンの回転軸を中心として同心状に配置された第1,第2のミラー群と、第1,第2のミラー群を構成するミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群を別々に第1,第2のミラーのミラー面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタとを有し、電子式プロジェクタは、第1,第2のミラー群夫々で夫々のミラーにコマ映像を投影するように配置され、第1,第2のミラー群のミラーは夫々、電子式プロジェクタから投影された第1,第2のコマ映像群がミラーのミラー面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置されるものである。
そして、第1のミラー群の内側に第2のミラー群が配置され、第1のミラー群の各ミラーは、電子式プロジェクタから出射される第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転するスクリーンの面の同じ第1の領域に投影し、第2のミラー群の各ミラーは、電子式プロジェクタから出射される第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転するスクリーンの面の第1の領域とは異なる同じ第2の領域に投影するものである。
また、第1のミラー群の内側に第2のミラー群が配置され、第1のミラー群の各ミラーは、電子式プロジェクタから出射される第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、第2のミラー群の各ミラーは、電子式プロジェクタから出射される第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々スクリーンの面の同じ領域に投影し、かつスクリーンの回転に伴って、第1のミラー群のミラーによる第1のコマ映像群のコマ映像と第2のミラー群のミラーによる第2のコマ映像群のコマ映像とを交互にスクリーンに投影するものである。
また、上記目的を達成するために、本発明は、視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のミラーからなり、スクリーンの回転軸を中心として同心状に配置された第1,第2のミラー群と、第1のミラー群を構成するミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1のコマ映像群をコマ映像毎に第1のミラーのミラー面に投影する位置に配置された第1の電子式プロジェクタと、第2のミラー群を構成するミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第2のコマ映像群をコマ映像毎に第2のミラーのミラー面に投影する位置に配置された第2の電子式プロジェクタとを有し、第1のミラー群と第2のミラー群とは、スクリーンの上下に別々にかつミラー面が対向するようにして、配置され、第1,第2の電子式プロジェクタは夫々第1,第2のミラー群よりも上下側に別々に配置され、第1のミラー群のミラーは夫々、第1の電子式プロジェクタから投影された第1のコマ映像群がミラーのミラー面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置され、第2のミラー群のミラーは夫々、第2の電子式プロジェクタから投影された第2のコマ映像群がミラーのミラー面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置されるものである。
そして、第1のミラー群の各ミラーは、第1の電子式プロジェクタから出射される第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転するスクリーンの面の同じ第1の領域に投影し、第2のミラー群の各ミラーは、第2の電子式プロジェクタから出射される第2のコマ映像群の夫々のコマ映像をスクリーンの面の第1の領域とは異なる同じ第2の領域に投影するものである。
また、スクリーンでの第1のコマ映像群のコマ映像の表示と第2のコマ映像群のコマ映像の表示とを切替え可能としたものである。
また、第1のミラー群の各ミラーは、第1の電子式プロジェクタから出射される第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、第2のミラー群の各ミラーは、第2の電子式プロジェクタから出射される第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々スクリーンの面の同じ領域に投影し、かつスクリーンの回転に伴って、第1のミラー群のミラーによる第1のコマ映像群のコマ映像と第2のミラー群のミラーによる第2のコマ映像群のコマ映像とを交互にスクリーンに投影するものである。
また、上記目的を達成するために、本発明は、視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のハーフミラーからなるハーフミラー群と、ハーフミラー群を構成するハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなるコマ映像群のコマ映像を別々のハーフミラーの面に投射する位置に配置された電子式プロジェクタとを有し、電子式プロジェクタは、ハーフミラー群の夫々のハーフミラーにコマ映像群のコマ映像を投影するように配置され、ハーフミラーは夫々、電子式プロジェクタから投影されたコマ映像群のコマ映像がハーフミラーの面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置され、ハーフミラー群を通してスクリーンに投影されたコマ映像を見ることができるように構成したものである。
また、上記目的を達成するために、本発明は、視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のミラーからなり、スクリーンの回転軸を中心として同心状かつ上下に配置された第1,第2のハーフミラー群と、第1,第2のハーフミラー群を構成するハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群を別々に第1,第2のハーフミラー群のミラー面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタとを有し、電子式プロジェクタは、第1,第2のハーフミラー群夫々で夫々のハーフミラーにコマ映像を投影するように配置され、第1,第2のハーフミラー群のハーフミラーは夫々、電子式プロジェクタから投影された第1,第2のコマ映像群がハーフミラーの面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置されるものである。
そして、第1のハーフミラー群の各ハーミラーは、電子式プロジェクタから出射される第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、第2のハーフミラー群の各ハーフミラーは、電子式プロジェクタから出射される第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々スクリーンの面の同じ領域に投影し、かつスクリーンの回転に伴って、第1のハーフミラー群のハーフミラーによる第1のコマ映像群のコマ映像と第2のハーフミラー群のハーフミラーによる第2のコマ映像群のコマ映像とを交互にスクリーンに投影するものである。
また、スクリーンは再帰反射性を有し、第1のコマ映像群のスクリーンに投影されたコマ映像は第1のハーフミラー群を通してのみ見ることができ、第2のコマ映像群のスクリーンに投影されたコマ映像は第2のハーフミラー群を通してのみ見ることができるように構成したものである。
また、上記目的を達成するために、本発明は、視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、スクリーンの回転軸を中心軸とする凹面形状のハーフミラーと、ハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群をハーフミラーの面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタとを有し、電子式プロジェクタは、第1,第2のハーフミラー群夫々で夫々のハーフミラーにコマ映像を投影するように配置され、ハーフミラーは、電子式プロジェクタから投影された第1,第2のコマ映像群がハーフミラーの面で反射されてスクリーンに投影される光学系の光路上に配置されるものである。
そして、スクリーンは再帰反射性を有し、第1のコマ映像群のスクリーンに投影されたコマ映像は、第1のコマ映像群のコマ映像がスクリーンに投影される方向からのみハーフミラーを通して見ることができ、かつ第2のコマ映像群のスクリーンに投影されたコマ映像は、第2のコマ映像群のコマ映像がスクリーンに投影される方向からのみハーフミラーを通して見ることができるように構成したものである。
また、ハーフミラーは回転楕円面の一部の形状をなし、ハーフミラーからなす回転楕円面の一方の焦点位置にスクリーンを配置し、他方の焦点位置に電子式プロジェクタを配置したものである。
本発明によると、各コマ映像のスクリーンへの投影タイミングを考慮することが不要であって、しかも、解像度が向上した鮮明な立体映像が複数同時に得られることになるし、また、角度分解能が向上した立体映像を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
図1は本発明による立体表示装置の第1の実施形態の全体を示す外観斜視図であって、1は筐体、1aは透視部、2は視野角制限手段付きスクリーン、3は回転機構部(回転駆動源)、4は多角形ミラー(ミラー群)である。
同図において、円筒状の筐体1の少なくとも一部、即ち、観視者の眼の高さの部分に、その内部をみることができるようにした透視部1aが設けられており、この筐体1内のこの部分に視野角制限手段付きスクリーン2とこれを回転駆動する回転機構部3と多角形ミラー4とが設けられている。視野角制限手段付きスクリーン2は、回転機構部3により、円筒状の筐体1の中心軸を回転軸として連続的に、またはステップ的に回転駆動される。多角形ミラー4は、円筒状の筐体1の中心軸を中心軸とする円錐面のこの中心軸から同じ半径の円軌道上にリング状に配置された複数のミラーから構成された円錐面状をなすミラー群である。
図2は図1に示す実施形態の内部構造を示す斜視図であって、4a,4bは多角形ミラー、5は電子式プロジェクタであり、図1に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、多角形ミラー4は2つの異なる多角形ミラー4a,4bから構成されており、これら多角形ミラー4aと多角形ミラー4bとは、立体表示装置の筐体1(図1)の中心軸を中心とすることなる円錐面に、上記のようにして、リング状に配置された複数のミラーから構成された円錐面状のミラー群である。また、筐体1(図1)内の視野角制限手段付きスクリーン2の上方に電子プロジェクタ5が設けられている。この電子式プロジェクタ5は液晶などを用いたものであって、多角形ミラー4a,4bに映像を投影する。この映像は、多角形ミラー4a,4bの各ミラーで反射された後、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。この視野角制限手段付きスクリーン2に投影された映像を、図1に示すように、観視者が見ることができる。
図3はこの電子式プロジェクタ5が投影する映像の一具体例を示すものであって、リング状に配列された多角形ミラー4aでのミラー数に等しい個数のコマ映像Ga〜Gpの1群(以下、かかる1群をコマ映像群Gという)と、その内側にコマ映像群Ga〜Gpと同心状に配置された多角形ミラー4bでのミラー数に等しい個数のコマ映像Ha〜Hhの1群(以下、かかる1群をコマ映像群Hという)とを表わしている。これらコマ映像Ga〜Gpは夫々、同じ物体をその周囲の異なる位置から見たときの映像である。例えば、コマ映像Gaがこの物体の正面から見たコマ映像とすると、コマ映像群Giが同じこの物体を真後ろから見た映像であり、これらコマ映像Ga〜Gpの投写映像面での位置はこの物体を見る位置に対応している。これらコマ映像Ga〜Gpは夫々多角形ミラー4aの別々のミラーで反射され、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。また、コマ映像Ha〜Hhも夫々、同じ物体をその周囲の異なる位置から見たときの映像である。ここでは、これら映像Ha〜Hhを同じ方角表示装置を異なる方向からみた映像としており、例えば、コマ映像Haはこの方角表示装置を西方向から見たときの方角表示装置の表示内容「西」を示すものであり、コマ映像Heは、同様にして、「東」を示すものである。
図4は図2に示す実施形態での図3に示すコマ映像群G,Hの投影状態を示す図であって、前出図面に対応する部分に同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群Gは、多角形ミラー4aで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群Hは、多角形ミラー4bで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。これにより、視野角制限手段付きスクリーン2を観視者が見ると、コマ映像群Gとコマ映像群Hとによる2つの投写映像を見ることができる。
図5は図1に示す第1の実施形態のシステム構成を概略的に示す図であって、6は制御部、7は駆動回路、8は記憶部であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、記憶部8には、図3に示すコマ映像Ga〜Gpのコマ映像群Gとコマ映像Ha〜Hhのコマ映像群Hとを表わす映像データが記憶されている。制御部6は、駆動回路7を制御することにより、回転機構部3を駆動して視野角制限手段付きスクリーン2を回転させ、また、記憶部8から映像データを読み出して電子式プロジェクタ5に供給し、図3に示す映像を投影させる。かかるコマ映像群G,Hからなる投影映像としては、コンピュータグラフィックなどで任意に作成してもよいし、CCDカメラで撮像して作成するようにしてもよい。また、CCDカメラで撮像して作成する場合には、この作成を遠隔地で行ない、作成された映像データを受信して記憶部8に記憶するようにしてもよい。
以上の構成により、制御部6は記憶部8から映像データを読み出し、電子式プロジェクタ5に供給する。電子式プロジェクタ5は、受信した映像データにより、図3に示す映像を出射する。出射されたこの映像のコマ映像群Gは、その各コマ映像Ga〜Gp毎に多角形ミラー4aの異なるミラーで反射されて、視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、また、この映像のコマ映像群Hは、その各コマ映像Ha〜Hh毎に多角形ミラー4bの異なるミラーで反射されて、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。これにより、図6に示すように、視野角制限手段付きスクリーン2の周囲からこの視野角制限手段付きスクリーン2を見る方向をa〜pとすると、これらa(西),b(西北西),c(北西),d(北西北),e(北),f(北東北),g(北東),h(東北東),i(東),j(東南東),k(南東),l(南東南),m(南),n(南西南),o(南西),p(西南西)方向から夫々コマ映像Ga〜Gpが視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、また、a,c,e,g,i,l,m,o方向から夫々コマ映像Ha〜Hhが視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。
この結果、視野角制限手段付きスクリーン2をその周囲から見る方向に応じて、図7に示すように、この視野角制限手段付きスクリーン2に異なるコマ映像Ga〜Gpとコマ映像Ha〜Hhとが表示されることになる。ここで、コマ映像Ga〜Gpは夫々図6に示すa〜p方向から見た場合の視野角制限手段付きスクリーン2に投影される映像であり、例えば、a(西)方向から視野角制限手段付きスクリーン2を見た場合、この視野角制限手段付きスクリーン2の面がこのa方向に向いたとき、コマ映像Gaがこの視野角制限手段付きスクリーン2に表示されて見ることができる。これとともに、視野角制限手段付きスクリーン2の面がa,c,e,g,i,l,m,o方向を向いたとき、コマ映像Ha〜Hhが視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されてみることができるから、これらa,c,e,g,i,l,m,o方向では、コマ映像GaとHa、コマ映像群GcとHb、コマ映像群GeとHc、コマ映像群GgとHd、コマ映像群GiとHe、コマ映像群GkとHf、コマ映像群GmとHg、コマ映像群GoとHhが夫々同時に表示されて見えることになる。但し、これらコマ映像群G,Hは、視野角制限手段付きスクリーン2の面が真正面を向いたときのみ見えるのではなく、視野角制限手段付きスクリーン2の面が真正面から若干傾いていても、これらコマ映像群G,Hは見えるものである。
かかる構成によると、視野角制限手段付きスクリーン2を一方向、例えば、図6でのa方向から見続けると、視野角制限手段付きスクリーン2の面がこのa方向を向いたとき、コマ映像GaとHaとがこの視野角制限手段付きスクリーン2に同時に投影されることになり、このために、a方向からはこれらのコマ映像を見ることができる。即ち、このコマ映像GaとHaが表示されるのは、視野角制限手段付きスクリーン2の投写面が正面を向く度に1回表示されるものである。そこで、立体映像の1側面であるこのコマ映像群GとHがちらつかず、連続した映像として見えるようにするためには、コマ映像群GとHを見始めてから眼の残像によって視覚に残っている状態にあるときに、視野角制限手段付きスクリーン2の投写面が正面を向いて次のコマ映像の表示を行なうように、視野角制限手段付きスクリーン2の回転速度が設定されなければならない。このようにして、この視野角制限手段付きスクリーン2の最低の回転速度が決まることになる。
図8(a)は図1における視野角制限手段付きスクリーン2の一具体例の一部を示す断面図、同図(b)はその斜視図であって、9aはスクリーン板状部材、9bは視野角制限フィルタ、10はフィンである。
同図(a),(b)において、視野角制限手段付きスクリーン2は、スクリーン板状部材9aの両面に、複数の遮光性のフィン10からなる視野角制限フィルタ9bが設けられている。これらフィン10は、例えば、厚さが100〜200μm程度であって、視野角制限手段付きスクリーン2での画素の寸法程度、例えば、0.5〜2mm程度のピッチで設けられており、図3に示す映像が投写されたとき、いずれの方向からこの視野角制限手段付きスクリーン2を見ても、多角形ミラー4a,4b夫々の隣りのミラーで投影されるコマ映像(隣りのコマ映像)が遮光されて、その方向毎に該当するミラーで投影されたコマ映像だけが見えるようにするものである。
視野角制限フィルタ9bは、フィン10により、視野角を制限して隣りのコマ映像が見えないようにするものであるが、視野制限角度(可視範囲)に応じて、フィン10の高さが設定される。また、これ以外にも、視野角制限方向に集光させるシリンドリカルレンズを配置した構成としてもよい。
図1における視野角制限手段付きスクリーン2の他の具体例としては、特開平11ー258697号公報に記載されるような指向性反射スクリーン材を用いるようにしてもよい。図9(a)はかかる指向性反射スクリーン材を用いた視野角制限手段付きスクリーン2を示す断面図であって、11は指向性反射材スクリーン、12は視野角制限フィルタである。また、図9(b)は図9(a)における指向性反射材スクリーン11の構成を示す斜視図であって、11aはコーナミラーシート、11bはレンチキュラーシートである。
図9(a)において、この具体例は、指向性反射材スクリーン11に視野角制限フィルタ12が設けられた構成をなしている。指向性反射材スクリーン11は、図9(b)に示すように、コーナーミラーシート11aとレンチキュラーシート11bとで構成されており、入射した光に対して水平方向には再帰性反射、垂直方向には、拡散反射をする特性を持っていて、水平方向の入射角が±45゜以内で入射した光を入射してきた方向へ反射する。即ち、この指向性反射材スクリーン11がこれを見ている観視者に正対した状態から左右±45゜の範囲内で回転する間、この観視者は同じ映像を見ることができる。従って、かかる指向性反射材スクリーン11を用いた視野角制限手段付きスクリーン2は、図8に示す構成の視野角制限手段付きスクリーン2に比べて、所定の方向に反射可能な入力角の範囲が広いため、反射光量が多く、その結果、図8に示す構成の視野角制限手段付きスクリーン2を用いた場合に比べて、明るい映像が得られることになる。
しかし、指向性反射材スクリーン11だけを用いたのでは、光の入射する角度によっては、入射してきた方向とは異なる方向に反射してしまう場合もあり、その結果、見る方向によっては、複数の方向からのコマ映像が重なり合って見えてしまうこともある。そこで、このような他の方向からの反射光を防ぎ、見る観視者が方向に応じたコマ映像だけを見ることができるようにするために、図9(a)に示すように、視野角制限フィルタ12も設けているものである。この視野角制限フィルタ12は、図8に示す視野角制限フィルタ9bと同様、細かいピッチでフィンを配列した構造をなすものである。指向性反射材スクリーン11の表面に、例えば、その法線に対して±約24度の視野角制限(可視範囲)を有する視野角制限フィルタ(視野角制限光学系)12を貼り付けることにより、近隣からのコマ映像の反射光が遮光されてa〜p方向(図6)からは、図10に示すように、正しい方向からのコマ映像のみが表示されてこれのみを見ることができるようになる。その結果、視野角制限手段付きスクリーン2の周囲を巡って見る方向をa,b,c,……,pと変えていくと、その見る方向毎にその見る方向に応じたコマ映像Ga〜Gpやコマ映像Ha〜Hh(図7)のみを見ることが可能となり、複数人が任意の方向から同時に映像を楽しめるという効果が得られる。また、指向性反射材スクリーン11を2枚背中合わせに接着し、夫々の指向性反射材スクリーン11の表面に視野角制限フィルタ12を貼り合わせることにより、両面タイプの視野角制限手段付きスクリーン2を作ることができる。両面タイプの視野角制限手段付きスクリーン2を用いる場合、片面タイプの視野角制限手段付きスクリーン2と違って、スクリーンが1回転する間に2回ある方向の鏡から投影された映像を見ることになり、より明るい映像を見ることができる。
図11は図1に示す立体表示装置の第1の実施形態の一変形例を示す要部構成図であって、図1に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。なお、この変形例も、そのシステム構成は、図5に示す通りである。
同図において、この変形例では、電子式プロジェクタ5から多角形ミラー4a,4bに同じ物体のコマ映像を投影するものである。但し、多角形ミラー4aに投影するコマ映像と多角形ミラー4bに投影するコマ映像とは、若干見る方向が水平方向にずれたものである。
図12は図11における電子式プロジェクタ5から送出される映像の一具体例を示す図である。
同図において、図11でのリング状に配列された多角形ミラー4aでのミラー数に等しい個数のコマ映像Ga〜Gpの1群(以下、これらをまとめてコマ映像群G1という)と、その内側にコマ映像Ga〜Gpと同心状に配置された図11での多角形ミラー4bでのミラー数に等しい個数のコマ映像Gab〜Gpaの1群(以下、これらをまとめてコマ映像群G2という)とを表わしている。ここで、多角形ミラー4a,4bは、同数(ここでは、16個)のミラーからなるものとする。
これらコマ映像Ga〜Gpは夫々、図3に示す映像でのコマ映像群Gと同様、同じ物体をその周囲の異なる方向から見たときの映像である。例えば、コマ映像Gaがこの物体の正面から見たコマ映像とすると、コマ映像群Giが同じこの物体を真後ろから見た映像であり、これらコマ映像Ga〜Gpの投影映像面での位置はこの物体を見る位置に対応している。これらコマ映像Ga〜Gpは夫々多角形ミラー4aの別々のミラーで反射され、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。
また、コマ映像群G2は、隣り合う2つのコマ映像群G1に対する見る方向の間の方向から見た映像である。例えば、物体をa方向から見た映像がコマ映像Gaであり、b方向から見た映像がコマ映像群Gbであるが、これらa,bの方向との間の方向から見た映像がコマ映像Gabである。例えば、コマ映像群G1のコマ映像Gaが西方向から見た映像、コマ映像群Gbが西北西の方向から見た映像とすると、コマ映像Gabは西と西北西との間の方向から映像ということになる(以下、このことを、コマ映像群G2はコマ映像群G1間の映像という。逆に、コマ映像群G1はコマ映像間の映像でもある)。
図11において、電子式プロジェクタ5から出射される映像のうち、図12におけるコマ映像群G1は夫々多角形ミラー4aの別々のミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、コマ映像群G2は夫々多角形ミラー4bの別々のミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。この場合、視野角制限手段付きスクリーン2が多角形ミラー4aのミラーの正面に向いたときにこのミラーが投影されるコマ映像群G1の視野角制限手段付きスクリーン2での表示位置と、視野角制限手段付きスクリーン2が多角形ミラー4bのミラーの正面に向いたときにこのミラーが投影されるコマ映像群G2の視野角制限手段付きスクリーン2での表示位置とが一致するように、視野角制限手段付きスクリーン2に対する多角形ミラー4a,4bのミラーの傾斜角が設定されている。また、視野角制限手段付きスクリーン2の視野角も、多角形ミラー4aからのコマ映像と多角形ミラー4bからのコマ映像とが重なって同時に表示されないように、図2,図4で示される場合に比べ、狭く制限している。
このために、この変形例では、このように、2重のミラー群を用いて同じ物体の異なる方向から見た映像を表示するので、図3に示す映像を用いた実施形態に比べ、視野角制限手段付きスクリーン2を見る方向を水平方向にわずかに変えただけで、その方向から見た映像に変化することになり、水平方向に細かい角度分解能で三次元の映像を見ることが可能となる。
図13は多角形ミラーによる映像の水平方向角度分解能を示す図であり、同図(a)は図3に示すコマ映像群Gを表示する場合の視野角制限手段付きスクリーン2の多角形ミラー4aのミラー毎の視野角、即ち、視野角制限手段付きスクリーン2の1回転全体としてみたときの水平方向角度分解能を示し、同図(b)は図12に示す映像のコマ映像群G1,G2を表示する場合の同じく水平方向角度分解能を示すものである。同図(a),(b)では夫々、横軸が視野角制限手段付きスクリーン2の方向(水平方向)の角度を表わし、縦軸が投影映像の明るさを表わしている。
ここで、図13(a)に示す多角形ミラー4aに比べて、図13(b)に示す多角形ミラー4aのミラーを狭く図示しているが、視野角制限手段付きスクリーン2の各角度に対して投影映像が見える範囲を表わすために、このように図示するものである。実際には、図13(a),(b)に示す多角形ミラー4aのミラーは大きさは等しくすることもできる。
このように、図11,図12で説明した変形例では、図2〜図4で説明した第1の実施形態に比べ、3次元の映像をその水平方向の周りから見て細かく表示することができる。
以上のように、この第1の実施形態では、複数人が任意の方向から同時に立体映像を楽しむことができ、多角形ミラー4の各ミラーの調整も必要ないし、かかるミラーの位置や向きなどに微妙な狂いによる誤差も軽減できる。しかも、多角形ミラー4を視野角制限手段付きスクリーン2に近づけて配置できるため、装置全体を小型化できるし、視野角制限手段付きスクリーン2の近くで立体映像を見ることができる。
また、電子式プロジェクタ5からは図3や図12に示すような全てのコマ映像を含む投影映像を常時出射することができるため、コマ映像毎の出射タイミングを考慮する必要はないし、この電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像は視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、この投影されたコマ映像を観視者が見るものであるから、鮮明な立体映像をどの方向,位置からも見ることができる。
なお、以上の説明では、電子式プロジェクタ5を視野角制限手段付きスクリーン2の回転軸の上方に設置して下向きに投影を行なうものとしたが、これらの上下位置の定義は、理解を容易にするために、回転軸や映像が形成される位置との関係で用いているものであり、例えば、立体表示装置の設置場所の床や天井との位置関係に限定されるものではなく、また、上下が逆でもよい。
図14は本発明による立体表示装置の第2の実施形態を示す構成図であって、5a,5bは電子式プロジェクタであり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、この第2の実施形態は、視野角制限手段付きスクリーン2を間に挟んで、多角形ミラー4aを上側に、多角形ミラー4bを下側に夫々設け、また、この多角形ミラー4aの上側に電子式プロジェクタ5bを、多角形ミラー4bの下側に電子式プロジェクタ5aを夫々設けた構成をなすものである。多角形ミラー4a,4bは、上記のように、リング状をなしており、その中心軸が視野角制限手段付きスクリーン2の回転中心軸と一致するように、配置されている。勿論、これら多角形ミラー4a,4bを構成する複数のミラーは、上記のように、円錐面上に配列されている。
下側の電子プロジェクタ5aから出射される映像は、下側に配置される多角形ミラー4bの中心開口部を通して多角形ミラー4aの夫々のミラーに投影され、これらで反射された映像が視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。同様にして、上側の電子プロジェクタ5bから出射される映像は、上側に配置される多角形ミラー4aの中心開口部を通して多角形ミラー4bの夫々のミラーに投影され、これらで反射された映像が視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。 図15(a)は図14での下側の電子式プロジェクタ5aから出射される映像の一具体例を示すものであって、図3におけるコマ映像群Gと同様、同じ物体をその周りの異なる方向から見た映像である。また、図15(b)は図14での上側の電子式プロジェクタ5bから出射される映像の一具体例を示すものであって、図3におけるコマ映像群Hと同様、方向を表わす文字の映像である。
図16は図14に示す第2の実施形態で図15に示す映像を投影した状態を示す図であって、図14に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、下側の電子式プロジェクタ5aから出射された図15(a)に示すコマ映像群Gは、上側の多角形ミラー4aの各ミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、上側の電子式プロジェクタ5bから出射された図15(b)に示すコマ映像群Hは、上側の多角形ミラー4bの各ミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。これにより、視野角制限手段付きスクリーン2の面の上側に電子式プロジェクタ5aから出射されたコマ映像群Gが、視野角制限手段付きスクリーン2の面の下側に電子式プロジェクタ5bから出射されたコマ映像群Hが夫々投影される。
これにより、先の第1の実施形態と同様、物体の三次元映像と方角表示の映像とが同時に表示され、視野角制限手段付きスクリーン2を見る方向毎に、この物体の異なる側面と方向を表わす情報とを同時に見ることができる。
なお、この第2の実施形態も、その外観構成は図1に示すものと同様である。 図17は第2の実施形態のシステム構成を示す図であって、図16,図5に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、記憶部8には、図15(a)に示すコマ映像群Gを表わす映像データと同図(b)に示すコマ映像群Hとを表わす映像データが記憶されている。制御部6は、駆動回路7を制御することにより、回転機構部3を駆動して視野角制限手段付きスクリーン2を回転させ、また、記憶部8からこれら映像データを読み出して、コマ映像群Gを表わす映像データを電子式プロジェクタ5aに、コマ映像群Hを表わす映像データを電子式プロジェクタ5bに夫々供給し、図16に示すように、視野角制限手段付きスクリーン2にコマ映像群G,Hを投影させる。かかるコマ映像群Gを表わす映像データとコマ映像群Hを現す映像データとしては、コンピュータグラフィックなどで任意に作成してもよいし、CCDカメラで撮像して作成するようにしてもよい。また、CCDカメラで撮像して作成する場合には、この作成を遠隔地で行ない、作成された映像データを受信して記憶部8に記憶するようにしてもよい。
図18は図14に示す第2の実施形態の一変形例を示す構成図であって、図14に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
この変形例は、コマ映像群G,Hのいずれか一方を選択的に表示するようにしたものである。
図18(a)はコマ映像群Gを表示する場合を示すものである。この場合には、電子式プロジェクタ5aから図15(a)に示すコマ映像群Gを出射し、電子式プロジェクタ5bは停止状態にされる。出射されたコマ映像群Gは、多角形ミラー4aの各ミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。これにより、視野角制限手段付きスクリーン2には、コマ映像群Gによる物体の三次元映像が表示される。
図18(b)はコマ映像群Hを表示する場合を示すものである。この場合には、電子式プロジェクタ5bから図15(b)に示すコマ映像群Hを出射し、電子式プロジェクタ5aは停止状態にされる。出射されたコマ映像群Hは、多角形ミラー4bの各ミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。これにより、視野角制限手段付きスクリーン2には、コマ映像群Hによって方角を表わす映像が表示される。
視野角制限手段付きスクリーン2上での、図18(a)の場合のコマ映像群Gの投影位置と図18(b)の場合のコマ映像群Hの投影位置とを同じとしてもよいし、また、異ならせてもよい。
また、この変形例では、立体表示装置の設置場所に応じて、図18(a)に示す表示状態と図18(b)に示す表示状態とのいずれかにするようにしてもよいし、また、設置場所にかかわらず、図18(a)に示す表示状態と図18(b)に示す表示状態とを使い分けるようにしてもよい(例えば、観視者が所定の距離以上離れているときには、コマ映像群Hによる映像を表示するようにして方向表示装置として機能させ、この所定距離以内に近づいたときには、コマ映像群Gによる物体の三次元映像を表示するようにしてもよい)。
図19は図14に示す第2の実施形態の他の変形例を示す構成図であって、図14に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
この変形例は、同じ物体のコマ映像群G1,G2を表示するようにしたものである。
図19において、電子式プロジェクタ5aは、図20(a)に示すコマ映像群G1を出射し、電子式プロジェクタ5aは、図20(b)に示すコマ映像群G2を出射する。これらコマ映像群G1,G2は同じ物体から得られたものであって、先の第1の実施形態の変形例で用いられる図12に示す映像データでのコマ映像群G1,G2に相当するものである。
電子式プロジェクタ5aから出射されたコマ映像群G1は多角形ミラー4aの各ミラーで反射され、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。同様に、電子式プロジェクタ5bから出射されたコマ映像群G2は多角形ミラー4bの各ミラーで反射され、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。視野角制限手段付きスクリーン2での、コマ映像群G1の投影位置及び大きさとコマ映像群G2の投影位置と大きさが等しくなるように、多角形ミラー4a,4bの位置や傾きが設定されている。
そして、コマ映像群G1とコマ映像群G2とは、視野角制限手段付きスクリーン2の回転とともに、この視野角制限手段付きスクリーン2の面に交互に投影されるように、多角形ミラー4a,4bのミラー間の位置関係が設定され、また、電子式プロジェクタ5a,5bが出射する映像データでのコマ映像群G1,G2の配置関係が設定されている。例えば、図20(a),(b)のコマ映像群G1,G2を視野角制限手段付きスクリーン2に投影する場合、全コマ映像数は16×2=32個であって、視野角制限手段付きスクリーン2が360゜÷32=11.25゜回転する毎に、コマ映像群G1とコマ映像群G2とが切り替わって表示されるから、視野角制限手段付きスクリーン2がこの11.25゜回転する毎に、視野角制限手段付きスクリーン2の面が多角形ミラー4aのミラーと多角形ミラー4bのミラーとに交互に平行となるように、これら多角形ミラー4a,4bのミラーが配置される。そして、多角形ミラー4bのミラーでは、その隣りの多角形ミラー4aで反射されるコマ映像群G1に対し、同じ物体を11.25゜ずれた方角から見た映像としてのコマ映像群G2が表示されるように、電子式プロジェクタ5a,5bがコマ映像群G1,G2を出射することになる。
このようにして、図11,図12で説明した第1の実施形態の変形例と同様の三次元映像が表示されるものであるが、図19,図20で示す変形例では、図20に示すように、コマ映像群G1,G2を同じ大きさで電子式プロジェクタ5a,5bから出射するものであるから、これらコマ映像群G1,G2を同じ解像度の映像として表示することができ、この立体表示装置の周りを周りながら視野角制限手段付きスクリーン2に表示される三次元映像を見た場合、全体として画質が一様な映像を見ることができることになる。特に、図11,図12で説明した第1の実施形態の変形例に対し、コマ映像群G1を電子式プロジェクタ5aの画面いっぱいに表示するようにするとともに、コマ映像群G2についても、電子式プロジェクタ5bの画面いっぱいに表示することにより、全体として画質が向上した三次元映像を得ることができる。
なお、以上の第2の実施形態及びその変形例において、コマ映像群G,G1を出射する電子式プロジェクタ5aとコマ映像群H,G2を出射する電子式プロジェクタ5bとを上下逆にして配置するようにしてもよい。
図21は本発明による立体表示装置の第3の実施形態の要部を示す構成図であって、9は多角形ハーフミラーであり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、この第3の実施形態は、先の実施形態の多角形ミラー4の代わりに、複数のハーフミラーのハーフミラー群からなる多角形ハーフミラー9を用いるものである。電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像は、その一部が多角形ハーフミラー9の夫々のハーフミラーで反射されて、視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。このようにして、先の実施形態と同様、視野角制限手段付きスクリーン2の面にコマ映像による三次元の映像が表示されるが、観視者はこれを多角形ハーフミラー9を通して見ることができる。
ここで、電子式プロジェクタ5は、例えば、図3に示すようなコマ映像群G,Hを含む映像を出射するが、多角形ハーフミラー9の各ハーフミラーは、かかる映像でのコマ映像群G,Hを反射して視野角制限手段付きスクリーン2に投影するように、同じ円錐面(図示せず)上の同一円軌跡に沿って配列されている。
図22は図21に示す第3の実施形態のシステム構成を示す図であって、図5及び図21に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、記憶部8には、図3に示すコマ映像群G,Hを表わす映像データが記憶されている。制御部6は、駆動回路7を制御することにより、回転機構部3を駆動して視野角制限手段付きスクリーン2を回転させ、また、記憶部8から映像データを読み出して電子式プロジェクタ5に供給し、視野角制限手段付きスクリーン2にコマ映像群G,Hを投影させる。かかるコマ映像群G,Hを表わす映像データとしては、コンピュータグラフィックなどで任意に作成してもよいし、CCDカメラで撮像して作成するようにしてもよい。また、CCDカメラで撮像して作成する場合には、この作成を遠隔地で行ない、作成された映像データを受信して記憶部8に記憶するようにしてもよい。
図23は先の多角形ミラーを用いた第1,第2の実施形態と図21,図22に示す多角形ハーフミラーを用いた第3の実施形態とを対比した図であって、S,S1,S2は視線、Lは光軸であり、図23(a)は多角形ハーフミラーを用いた場合を、図23(b)は多角形ミラーを用いた場合を夫々示している。
多角形ミラー4を用いた図23(b)の場合、観視者はその視線S1,S2を多角形ミラー4からはずれるようにして、視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像を見る。このために、多角形ミラー4で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されるコマ映像の光線の光軸Lにこれら視線S1,S2は全く一致しない。即ち、視差が生ずる。
これに対し、多角形ハーフミラー9を用いた図23(a)に示す第3の実施形態の場合には、視野角制限手段付きスクリーン2で反射されたコマ映像の光は多角形ハーフミラー9の各ハーフミラーを通るから、観視者はこの多角形ハーフミラー9を通して視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示される三次元の映像を見ることができる。このため、観視者がこの映像を見る場合、その視線Sを多角形ハーフミラー9で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されるコマ映像の光線の光軸Lにほぼ一致させることができる。即ち、視差はほとんど生じない。
図23(a)の場合、電子式プロジェクタ5からのコマ映像が多角形ハーフミラー9の夫々のハーフミラーで反射され、視野角制限手段付きスクリーン2に投影されるということは、光軸Lの多角形ハーフミラー9より外側の延長線上に擬似的に電子式プロジェクタ5が存在し、この擬似的な電子式プロジェクタからこのコマ映像が出射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されることになるが、観視者の視線Sが光線Lとほとんど一致して、視差がほとんどないということは、観視者がこの擬似的な電子式プロジェクタの方向から視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像を見ていることになる。
図24は視野角制限手段付きスクリーン2の回転による視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群Gの変化を示す図である。
図24(a)は観視者の視線Sに対して回転する視野角制限手段付きスクリーン2が正面を向いたときの状態の前後の状態を示すものであって、実線で示す視野角制限手段付きスクリーン2はそれが正面を向く前の状態を、破線で示す視野角制限手段付きスクリーン2はそれが正面を向いた後の状態を夫々示している。図24(b),(c)についても同様である。図24(b)は、図23(a)に示すように、視差がほとんどない場合の視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群Gの変化を示すものであり、図24(c)は、図23(b)に示すように、光軸Lに対して見下ろすようにして(光軸に対して視線はS1となる)視野角制限手段付きスクリーン2の面を見た場合の視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群Gの変化を示すものである。
図23(a)に示すように、視線Sが光軸Lとほぼ一致し、視差がほとんどない場合には、視野角制限手段付きスクリーン2が図24(a)に示すように回転しても、この視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群Gは、その大きさ,位置,形状はほとんど変化せず、視野角制限手段付きスクリーン2の回転によるブレはほとんど生じない。
これに対し、図23(b)に示すように、観視者が光軸Lに対して下向きの視線S1で見下ろすように視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群Gを見るときには、図24(c)に示すように、視野角制限手段付きスクリーン2に表示されるコマ映像群Gは、形状が変化して見えることになり、視野角制限手段付きスクリーン2の回転によるブレが現われることになる。
また、図25は視差がない場合と光軸Lから視線が水平方向にずれた場合とでのコマ映像の見え方を示す図であって、同図(a)は視野角制限手段付きスクリーン2の面が擬似の電子式プロジェクタ5’の正面に向いたときを示し、同図(b)は視野角制限手段付きスクリーン2がそれよりも回転したときを示している。
観視者Pが擬似の電子式プロジェクタ5’の方向から視野角制限手段付きスクリーン2の面を見る視差がほとんどない場合には、図25(a),(b)に示すように、視野角制限手段付きスクリーン2の面がこの監視者Pの正面を向いても、また、回転して斜めとなっても、この監視者Pが見るコマ映像群Gは大きさも形状も変わらず、コマ映像群Gにブレは生じない。一方、この同じ状態の視野角制限手段付きスクリーン2を、この監視者Pの位置からある範囲内で水平方向にずれた位置にいるときも、見ることができるが、このような位置にいる観視者P’は、視線S’が光軸Lに対して水平方向に傾いているので、この監視者P’が見る視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群G’は、視野角制限手段付きスクリーン2の回転に応じて形状が変化することになり、視野角制限手段付きスクリーン2の回転とともに、ブレが生ずることになる。
このようにして、この第3の実施形態では、多角形ハーフミラー9を通して視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像を見ることができるので、視野角制限手段付きスクリーン2が回転しても、ブレが生じないように、このコマ映像を見ることができる。
なお、この第3の実施形態も、その外観構成は、図1に示す構成をなすものである。
図26は本発明による立体表示装置の第4の実施形態の要部を示す構成図であって、9a,9bは多角形ハーフミラーであり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、この第4の実施形態は、2つの多角形ハーフミラー9a,9bを同心状に上下して配置されたものである。これら多角形ハーフミラー9a,9bは夫々、複数のハーフミラーのハーフミラー群からなるものである。電子式プロジェクタ5からは2組の同じ物体に対するコマ映像を含む映像が出射され、一方のコマ映像が多角形ハーフミラー9aの各ハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、他方のコマ映像が多角形ハーフミラー9bの各ハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。
図27はその投影状態と観視者のコマ映像の見方を示す図であって、電子式プロジェクタ5からは、図28に示すように、2組のコマ映像群G1,G2を含む映像を出射する。ここで、コマ映像群G1は物体の一周りの各方角から見たときの映像であり、コマ映像群G2は同じ物体のコマ映像群G1よりも上側を一周りの各方角から見たときの映像である。コマ映像群G1,G2のコマ数は、同じであっても、異なっていてもよい。
図27において、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群G1は、多角形ハーフミラー9aの夫々のハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群G2も、多角形ハーフミラー9bの夫々のハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2のコマ映像群G1の投影位置と同じ位置に投影される。
ここで、多角形ハーフミラー9aの夫々のハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されたコマ映像群G1は、その投影光Laがその投影方向に反射され、多角形ハーフミラー9bの夫々のハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されたコマ映像群G2は、その投影光Lbがその投影方向に反射される。このため、これらコマ映像群G1,G2は夫々多角形ハーフミラー9a,9bを通して見ることになるが、視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群G1は、視線がこのコマ映像群G1の投影光Laとほぼ一致する方向から見る観視者Paしか見ることができず、観視者Pbが多角形ハーフミラー9bを介して視野角制限手段付きスクリーン2を見た場合には、この観視者Pbの視線はコマ映像群G1の投影光Laからは大きくずれているので、コマ映像群G1を見ることができない。また、視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群G2は、視線がこのコマ映像群G2の投影光Lbとほぼ一致する方向から見る観視者Pbしか見ることができず、観視者Paが多角形ハーフミラー9aを介して視野角制限手段付きスクリーン2を見た場合には、この観視者Paの視線はコマ映像群G2の投影光Lbからは大きくずれているので、コマ映像群G2を見ることができない。
一方、観視者Paは、多角形ハーフミラー9aを介して視野角制限手段付きスクリーン2を見ることにより、この物体の一周りの側面映像を立体的にこのコマ映像群G1で見ることができるが、さらに、多角形ハーフミラー9aを介して視野角制限手段付きスクリーン2を見ると、同じこの物体のコマ映像群G1による側面よりも上から見た部分の映像を立体的にコマ映像群G2で見ることができる。
このようにして、この第4の実施形態では、立体映像の水平方向一周りの側面を見ることができるとともに、垂直方向の側面も一部見ることができるものである。
図29は図26〜図28に示す第4の実施形態のシステム構成を示す図であって、図5及び図26〜図28に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、記憶部8には、図28に示すコマ映像群G1,G2を表わす映像データが記憶されている。制御部6は、駆動回路7を制御することにより、回転機構部3を駆動して視野角制限手段付きスクリーン2を回転させ、また、記憶部8からこの映像データを読み出して電子式プロジェクタ5に供給し、視野角制限手段付きスクリーン2にコマ映像群G1,G2を投影させる。かかるコマ映像群G1,G2を表わす映像データとしては、コンピュータグラフィックなどで任意に作成してもよいし、CCDカメラで撮像して作成するようにしてもよい。また、CCDカメラで撮像して作成する場合には、この作成を遠隔地で行ない、作成された映像データを受信して記憶部8に記憶するようにしてもよい。
図30は図26,図27,図29における視野角制限手段付きスクリーン2の一具体例を示す構成図であって、同図(a)はその断面図であり、2aはスクリーン構造体、2bは再帰反射ミラー、2cは拡散角度制御フィルタである。
視野角制限手段付きスクリーン2は、図30(a)に示すように、スクリーン構造体2aにシート状の再帰反射ミラー2bが積層され、この再帰反射ミラー2bにシート状の拡散角度制限フィルタ2cが積層されている。ここでは、スクリーン構造体2aの両面に再帰反射ミラー2bと拡散角度制限フィルタ2cとが積層されているが、片面だけに積層するようにしてもよい。
再帰反射ミラー2bは、図30(b)に示すように、立方体を辺同士でつなぎ合わせて、いずれの場所でも、3つの立方体の一つずつの面、即ち、下側の立方体の上面とこの立方体の2つの上辺につないだ2つの立方体の隣り合う側面との3つの面で1組の反射面となるようにして、シート状をなすようにしたものであり、交通標識や安全器具の反射板などに用いられているものである。
かかる再帰反射ミラー2bでは、図30(c)に示すように、上記1組をなす反射面で入射光が反射されることにより、入射角が一定の角度内であれば、入射方向に沿って反射することになる。これにより、視野角制限手段付きスクリーン2では、図27で説明したように、投影光La,Lbが夫々その入射方向に沿って反射されることになる。
図30(a)における拡散角度制限フィルタ2cは、図30(d)に示すように、非常に細かいレンズの集合体であって、これらレンズの曲率により、拡散角度を制限するものである。
図31は本発明による立体表示装置の第5の実施形態の要部を示す構成図であって、10は凹面形状ハーフミラーであり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
同図において、この第5の実施形態は、球面や楕円面などの一部からなる凹面形状ハーフミラー10が配置されたものである。電子式プロジェクタ5からは2組の同じ物体に対するコマ映像群を含む映像が出射され、これらコマ映像群が凹面形状ハーフミラー10で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影される。
図32はその投影状態と観視者のコマ映像の見方を示す図であって、電子式プロジェクタ5からは、図33に示すように、2組のコマ映像群G1,G2を含む映像を出射する。ここで、図28に示す映像と同様、コマ映像群G1は物体の一周りの各方角から見たときの映像であり、コマ映像群G2は同じ物体のコマ映像群G1よりも上側を一周りの各方角から見たときの映像である。コマ映像群G1,G2のコマ数は、同じであっても、異なっていてもよい。
図32において、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群G1は、凹面形状ハーフミラー10で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影され、電子式プロジェクタ5から出射されたコマ映像群G2も、凹面形状ハーフミラー10のコマ映像とは異なる場所で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2のコマ映像群G1の投影位置とほぼ同じ位置に投影される。
ここで、視野角制限手段付きスクリーン2は、図30で説明したような再帰反射性を備えている。そこで、凹面形状ハーフミラーで反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されたコマ映像群G1は、その投影光Laがその投影方向に反射され、凹面形状ハーフミラー10で反射されて視野角制限手段付きスクリーン2に投影されたコマ映像群G2も、その投影光Lbがその投影方向に反射される。このため、これらコマ映像群G1,G2は夫々凹面形状ハーフミラー10を通して見ることになるが、視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群G1は、視線がこのコマ映像群G1の投影光Laとほぼ一致する方向から見る観視者Paしか見ることができず、観視者Pbが凹面形状ハーフミラー10を介して視野角制限手段付きスクリーン2を見た場合には、この観視者Pbの視線はコマ映像群G1の投影光Laからは大きくずれているので、コマ映像群G1を見ることができない。また、視野角制限手段付きスクリーン2の面に表示されるコマ映像群G2は、視線がこのコマ映像群G2の投影光Lbとほぼ一致する方向から見る観視者Pbしか見ることができず、観視者Paが凹面形状ハーフミラー10を介して視野角制限手段付きスクリーン2を見た場合には、この観視者Paの視線はコマ映像群G2の投影光Lbからは大きくずれているので、コマ映像群G2を見ることができない。
一方、観視者Paは、凹面形状ハーフミラー10を介して視野角制限手段付きスクリーン2を見ることにより、この物体の一周りの側面映像を立体的にこのコマ映像群G1で見ることができるが、さらに、それよりも上方から凹面形状ハーフミラー10を介して視野角制限手段付きスクリーン2を見ると、同じこの物体のコマ映像群G1による側面よりも上から見た部分の映像を立体的にコマ映像群G2で見ることができる。
このようにして、この第5の実施形態では、先の第4の実施形態と同様、立体映像の水平方向一周りの側面を見ることができるとともに、垂直方向の側面も一部見ることができるものである。
図34は図31,図32に示す第5の実施形態のシステム構成を示す図であって、図5及び図31,図32に対応する部分には同一符号を付けている。
同図において、記憶部8には、図33に示すコマ映像群G1,G2を表わす映像データが記憶されている。制御部6は、駆動回路7を制御することにより、回転機構部3を駆動して視野角制限手段付きスクリーン2を回転させ、また、記憶部8からこの映像データを読み出して電子式プロジェクタ5に供給し、視野角制限手段付きスクリーン2にコマ映像群G1,G2を投影させる。かかるコマ映像群G1,G2を表わす映像データとしては、コンピュータグラフィックなどで任意に作成してもよいし、CCDカメラで撮像して作成するようにしてもよい。また、CCDカメラで撮像して作成する場合には、この作成を遠隔地で行ない、作成された映像データを受信して記憶部8に記憶するようにしてもよい。
なお、視野角制限手段付きスクリーン2でのコマ映像群G1の投影位置とコマ映像群G2の投影位置とは、できる限り一致させるようにする。このためには、凹面形状ハーフミラー10の形状が球面の一部をなす場合、この球面の半径や視野角制限手段付きスクリーン2と凹面形状ハーフミラー10との位置関係,凹面形状ハーフミラー10と電子式プロジェクタ5との位置関係を、コマ映像群G1,G2の投影位置の条件を可能な限り満足するように設定する。
また、凹面形状ハーフミラー10の形状を回転楕円面の一部とすることもできる。いま、図35において、回転楕円面11からなる反射面を見ると、この回転楕円面11の2つの焦点位置F1,F2のうち、一方の焦点位置F1に電子式プロジェクタ5の投写レンズ(映出されたコマ映像群G1,G2を視野角制限手段付きスクリーン2に集束させる)を位置付け、他方の焦点位置F2に視野角制限手段付きスクリーン2の面の中心位置を位置付けることにより、出射されるコマ映像群G1,G2は、この回転楕円面11の異なる場所で反射されても、視野角制限手段付きスクリーン2の面の同じ場所に投影される。このことから、図32において、凹面形状ハーフミラー10を一部とする回転楕円面の一方の焦点位置に電子式プロジェクタ5の投写レンズ(図示せず)を配置し、他方の焦点位置に視野角制限手段付きスクリーン2の面の中心位置を位置付けることにより、電子式プロジェクタ5から出射されるコマ映像群G1,G2を視野角制限手段付きスクリーン2の面の同じ場所に投影させることができる。
このようにして、この第5の実施形態も、先の第4の実施形態と同様、立体映像の水平方向一周りの側面を見ることができるとともに、垂直方向の側面も一部見ることができるものであるし、また、凹面形状ハーフミラー10としては、先の各実施形態のようなミラーを組み合わせた構成とせず、一体構成のものとして成形することが可能である。
なお、この第5の実施形態を第4の実施形態と比較すると、図36(a)に示す第4の実施形態に対し、第5の実施形態では、図36(b)に示すように、集光効果があるので、視野角制限手段付きスクリーン2にコマ映像群G1,G2の焦点を結ぶために、電子式プロジェクタ5の焦点調整を遠目に設定する。
本発明による立体表示装置の第1の実施形態の全体を示す外観斜視図である。 図1に示す第1の実施形態の内部構造を示す斜視図である。 図2における電子式プロジェクタが投影する映像の一具体例を示すずである。 図2に示す第1の実施形態での図3に示すコマ映像G,Hの投影状態を示す図である。 図2に示す第1の実施形態のシステム構成を概略的に示す図である。 図4における視野角制限手段付きスクリーンに対する方角を説明するための図である。 図4における視野角制限手段付きスクリーンで表示される方角毎のコマ映像を示す図である。 図1における視野角制限手段付きスクリーンの一具体例の説明図である。 図1における視野角制限手段付きスクリーンの他の具体例を示す構成図である。 視野制限角度の説明図である。 図2に示す第1の実施形態の一変形例を示す要部構成図である。 図11における電子式プロジェクタから出射される映像の一具体例を示す図である。 図2に示す第1の実施形態での多角形ミラーによる映像の水平方向角度分解能を示す図である。 本発明による立体表示装置の第2の実施形態を示す構成図である。 図14での電子式プロジェクタから出射される映像の一具体例を示す図である。 図14に示す第2の実施形態で図15に示す映像を投影した状態を示す図である。 図14に示す第2の実施形態のシステム構成を示す図である。 図14に示す第2の実施形態の一変形例を示す構成図である。 図14に示す第2の実施形態の他の変形例を示す構成図である。 図19における電子式プロジェクタから出射されるコマ映像を示す図である。 本発明による立体表示装置の第3の実施形態の要部を示す構成図である。 図21に示す第3の実施形態のシステム構成を示す図である。 多角形ミラーを用いた本発明による第1,第2の実施形態と多角形ハーフミラーを用いた本発明による第3の実施形態とを対比した図である。 図21に示す第3の実施形態での視野角制限手段付きスクリーンの回転による視野角制限手段付きスクリーンの面に表示されるコマ映像の変化を示す図である。 図21に示す第3の実施形態での視差がない場合と光軸から視線が水平方向にずれた場合とでのコマ映像の見え方を示す図である。 本発明による立体表示装置の第4の実施形態の要部を示す構成図である。 図26に示す第4の実施形態での投影状態と観視者のコマ映像の見方を示す図である。 図26に示す第4の実施形態での電子式プロジェクタから出射されるコマ映像を示す図である。 図26に示す第4の実施形態のシステム構成を示す図である。 図26における視野角制限手段付きスクリーンの一具体例を示す構成図である。 本発明による立体表示装置の第5の実施形態の要部を示す構成図である。 図31に示す第5の実施形態での投影状態と観視者のコマ映像の見方を示す図である。 図31に示す第5の実施形態での電子式プロジェクタから出射されるコマ映像を示す図である。 図31に示す第5の実施形態のシステム構成を示す図である。 図31に示す第5の実施形態での視野角制限手段付きスクリーンと電子式プロジェクタの配置関係を示す図である。 図26に示す第4の実施形態と図31に示す第5の実施形態とを比較して示す図である。
符号の説明
G,G1,G2,Ga,Gb,H コマ映像
L,La,Lb 投影光
S,S1,S2 視線
1 筐体
1a 透視部
2 視野角制限手段付きスクリーン
3 回転機構
4,4a,4b 多角形ミラー
5,5a,5b 電子式プロジェクタ
6 制御部
7 駆動回路
8 記憶部
9,9a,9b 多角形ハーフミラー
10 凹面形状ハーフミラー

Claims (14)

  1. 視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、
    該スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のミラーからなり、該スクリーンの回転軸を中心として同心状に配置された第1,第2のミラー群と、
    該第1,第2のミラー群を構成する該ミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群を別々に該第1,第2のミラーのミラー面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタと
    を有し、
    該電子式プロジェクタは、該第1,第2のミラー群夫々で夫々のミラーに該コマ映像を投影するように配置され、
    該第1,第2のミラー群のミラーは夫々、該電子式プロジェクタから投影された該第1,第2のコマ映像群が該ミラーのミラー面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置されることを特徴とする立体表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1のミラー群の内側に前記第2のミラー群が配置され、
    該第1のミラー群の各ミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転する前記スクリーンの面の同じ第1の領域に投影し、該第2のミラー群の各ミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転する前記スクリーンの面の該第1の領域とは異なる同じ第2の領域に投影することを特徴とする立体表示装置。
  3. 請求項1において、
    前記第1のミラー群の内側に前記第2のミラー群が配置され、
    前記第1のミラー群の各ミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、前記第2のミラー群の各ミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々前記スクリーンの面の同じ領域に投影し、
    かつ前記スクリーンの回転に伴って、前記第1のミラー群のミラーによる前記第1のコマ映像群のコマ映像と前記第2のミラー群のミラーによる前記第2のコマ映像群のコマ映像とを交互に前記スクリーンに投影することを特徴とする立体表示装置。
  4. 視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、
    該スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のミラーからなり、該スクリーンの回転軸を中心として同心状に配置された第1,第2のミラー群と、
    該第1のミラー群を構成する該ミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1のコマ映像群を該コマ映像毎に該第1のミラーのミラー面に投影する位置に配置された第1の電子式プロジェクタと、
    該第2のミラー群を構成する該ミラーのミラー面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第2のコマ映像群を該コマ映像毎に該第2のミラーのミラー面に投影する位置に配置された第2の電子式プロジェクタと
    を有し、
    該第1のミラー群と該第2のミラー群とは、該スクリーンの上下に別々にかつミラー面が対向するようにして、配置され、
    該第1,第2の電子式プロジェクタは夫々該第1,第2のミラー群よりも上下側に別々に配置され、
    該第1のミラー群のミラーは夫々、該第1の電子式プロジェクタから投影された該第1のコマ映像群が該ミラーのミラー面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置され、該第2のミラー群のミラーは夫々、該第2の電子式プロジェクタから投影された該第2のコマ映像群が該ミラーのミラー面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置されることを特徴とする立体表示装置。
  5. 請求項4において、
    前記第1のミラー群の各ミラーは、前記第1の電子式プロジェクタから出射される前記第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を回転する前記スクリーンの面の同じ第1の領域に投影し、前記第2のミラー群の各ミラーは、前記第2の電子式プロジェクタから出射される前記第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を前記スクリーンの面の該第1の領域とは異なる同じ第2の領域に投影することを特徴とする立体表示装置。
  6. 請求項5において、
    前記スクリーンでの前記第1のコマ映像群のコマ映像の表示と前記第2のコマ映像群のコマ映像の表示とを切替え可能としたことを特徴とする立体表示装置。
  7. 請求項4において、
    前記第1のミラー群の各ミラーは、前記第1の電子式プロジェクタから出射される前記第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、前記第2のミラー群の各ミラーは、前記第2の電子式プロジェクタから出射される前記第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々前記スクリーンの面の同じ領域に投影し、
    かつ前記スクリーンの回転に伴って、前記第1のミラー群のミラーによる前記第1のコマ映像群のコマ映像と前記第2のミラー群のミラーによる前記第2のコマ映像群のコマ映像とを交互に前記スクリーンに投影することを特徴とする立体表示装置。
  8. 視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、
    該スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のハーフミラーからなるハーフミラー群と、
    該ハーフミラー群を構成する該ハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなるコマ映像群のコマ映像を別々の該ハーフミラーの面に投射する位置に配置された電子式プロジェクタと
    を有し、
    該電子式プロジェクタは、該ハーフミラー群の夫々のハーフミラーに該コマ映像群のコマ映像を投影するように配置され、
    該ハーフミラーは夫々、該電子式プロジェクタから投影された該コマ映像群のコマ映像が該ハーフミラーの面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置され、
    該ハーフミラー群を通して該スクリーンに投影された該コマ映像を見ることができるように構成したことを特徴とする表示装置。
  9. 視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、
    該スクリーンの回転軸を中心軸とする円錐面に沿ってリング状に配列された複数のハーフミラーからなり、該スクリーンの回転軸を中心として同心状かつ上下に配置された第1,第2のハーフミラー群と、
    該第1,第2のハーフミラー群を構成する該ハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群を別々に該第1,第2のハーフミラー群のハーフミラーの面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタと
    を有し、
    該電子式プロジェクタは、該第1,第2のハーフミラー群夫々で夫々のハーフミラーに該コマ映像を投影するように配置され、
    該第1,第2のハーフミラー群のハーフミラーは夫々、該電子式プロジェクタから投影された該第1,第2のコマ映像群が該ハーフミラーの面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置されることを特徴とする立体表示装置。
  10. 請求項9において、
    前記第1のハーフミラー群の各ハーミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第1のコマ映像群の夫々のコマ映像を、また、前記第2のハーフミラー群の各ハーフミラーは、前記電子式プロジェクタから出射される前記第2のコマ映像群の夫々のコマ映像を、夫々前記スクリーンの面の同じ領域に投影し、
    かつ前記スクリーンの回転に伴って、前記第1のハーフミラー群のハーフミラーによる前記第1のコマ映像群のコマ映像と前記第2のハーフミラー群のハーフミラーによる前記第2のコマ映像群のコマ映像とを交互に前記スクリーンに投影することを特徴とする立体表示装置。
  11. 請求項9または10において、
    前記スクリーンは再帰反射性を有し、
    前記第1のコマ映像群の前記スクリーンに投影されたコマ映像は前記第1のハーフミラー群を通してのみ見ることができ、前記第2のコマ映像群の前記スクリーンに投影されたコマ映像は前記第2のハーフミラー群を通してのみ見ることができるように構成したことを特徴とする立体表示装置。
  12. 視野角制御手段を備え、回転可能なスクリーンと、
    該スクリーンの回転軸を中心軸とする凹面形状のハーフミラーと、
    該ハーフミラーの面に対向し、かつ物体の異なる側面を表わす異なるコマ映像からなる第1,第2のコマ映像群を該ハーフミラーの面に投影する位置に配置された電子式プロジェクタと
    を有し、
    該電子式プロジェクタは、該第1,第2のハーフミラー群夫々で夫々のハーフミラーに該コマ映像を投影するように配置され、
    該ハーフミラーは、該電子式プロジェクタから投影された該第1,第2のコマ映像群が該ハーフミラーの面で反射されて該スクリーンに投影される光学系の光路上に配置されることを特徴とする立体表示装置。
  13. 請求項12において、
    前記スクリーンは再帰反射性を有し、
    前記第1のコマ映像群の前記スクリーンに投影されたコマ映像は、前記第1のコマ映像群のコマ映像が前記スクリーンに投影される方向からのみ前記ハーフミラーを通して見ることができ、かつ前記第2のコマ映像群の前記スクリーンに投影されたコマ映像は、前記第2のコマ映像群のコマ映像が前記スクリーンに投影される方向からのみ前記ハーフミラーを通して見ることができるように構成したことを特徴とする立体表示装置。
  14. 請求項12または13において、
    前記ハーフミラーは回転楕円面の一部の形状をなし、
    前記ハーフミラーからなす回転楕円面の一方の焦点位置に前記スクリーンを配置し、他方の焦点位置に前記電子式プロジェクタを配置したことを特徴とする立体表示装置。
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