JP7477934B1 - 立体映像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
θ=tan-1(2×シフト量X/パネル横方向の長さ(パネル幅)L)
図6は、本発明の第1-第3の実施形態に共通の立体映像装置(ボリュームディスプレイともいう)を視点正面側から視た外観図である。図6に示すように、立体映像装置100は、パネル支持体1cの表側にLEDが縦横に配列された表示パネル1aを有する自発光二次元表示手段(以下では、表示パネル1aは自発光二次元表示手段と同義として扱う。)1と、スリップリング2と、エンコーダ3と、カップリング4と、回転軸を含むモータ5と、回転台座ボックス7とを含み、この他に、図8に示すように、回転台座ボックス7内に備える同期表示制御手段(表示パネルを同期表示制御するとともにモータ回転数を同期制御する手段)10、記憶手段20と、エンコーダ3a,3bと、データ変換手段30と、モータ制御手段40とを含んでいる。なお、図7(A)、(B)に示すように、立体映像装置の外観についてフレームを必要としない実施の形態とすることもできる。なお、自発光二次元表示手段は有機EL素子や、バックライト光源と液晶ディスプレイの組み合わせなど光を発する二次元表示手段であればLEDに限らない。
本願発明の態様に係る立体映像装置の特徴的構成は、視点正面より視て3D画像の中央の細幅部分の欠落を解消することであり、その解決手段として、表示パネル1aを回転軸線6から変位させることもしくは回転軸線6に対して傾けること、または変位と傾きとを共に与えることである。具体的には、以下の第1、第2の実施形態に分けられる。
第1の実施形態に係る立体映像装置は、図1(A)に示すように、パネル支持体1cの縦軸である回転軸線6が、視点正面より視て表示パネル1aを構成する縦横に配列された前記発光素子アレイの中の、横列の略中程で縦一列に一致する縦方向または縦二列の間に一致する縦方向であって、表示パネル1aの表示面より所要小寸法後方に離隔した位置にある構成である。
第2の実施形態に係る立体映像装置は、第1の実施形態の特徴的構成に加え、回転軸線6が、表示パネル1aに対し所要小角度傾いている構成である。すなわち、この特徴的構成は、図示しないが、パネル支持体の縦軸である回転軸線が、表示パネルの縦横に配列された発光素子アレイの中の、横列の略中程で縦一列の発光素子に対し右または左に所要小角度傾いた縦方向であって、表示パネルの表示面より所要小寸法後方に離隔した位置にある構成である。
本発明に係る第3の実施形態は、上述した第1、第2の実施形態のそれぞれに共通するもので、第1、第2の実施形態の特徴的構成に追加される構成として、図12に示すように、パネル支持体1cの表側に表示パネル1aが設けられ、さらに、パネル支持体1cの裏側にも表示パネル1bが設けられた構成である。以下の両面ディスプレイの説明では、パネル支持体1cの表面に備える表示パネルを表面パネルともいい、裏面に備える表示パネル1bを裏面パネルともいう。
図9は、本発明の第1、第2の実施形態に係る共通で他例の立体映像装置100Aの概略の全体構成のブロック図である。同図に示されるのは、耐久寿命があるスリップリングを使わない場合に好適な構成である。第1の実施の形態との構成上の相違点は、スリップリング2を用いる代わりに表示同期制御用のエンコーダ(同図のエンコーダ3b)を用い、モータの回転数制御はモータ制御手段40を用いる点である。
第1、第2の実施形態に係る片面ディスプレイの立体映像装置にあっては、表側の表示パネルの表示面に光拡散素子が設けられているのがよい。発光素子の出射光特性を広くする光拡散素子を表示パネルの前面に取り付けることにより、より死角を減らすことができる。光拡散素子としては、荒い面を持つ透明体や表示パネルのピクセル単位で小さなマイクロレンズを有する板などが適している。
本願発明の態様に係る自発光二次元表示手段は単色の発光素子を縦横に配列した場合だけでなく、図17および図18に示すように、カラーの発光素子を縦横に配列した実施の形態も含み、1ピクセルを構成するカラーの発光素子の構成、配列について以下の様な実施の形態を含む。
図17に示されるように、赤[R]、緑[G]、青(B)の発光素子が紙面奥側にずれて配置されている場合、紙面手前から見ると、例えば奥にある緑や青画素が手前にある赤画素に隠れてしまって色が見えないということが起きる。これにより、装置周囲から視た場合に、中心から右側と左側とでは色合いが変化してしまうことになる。その際、RGBの素子の配置により、視点正面から視たときの色が左右で異なる現象が発生する。この現象は、もし、回転軸に垂直面内に赤[R]、緑[G]、青(B)の発光素子が配置されている場合、手前にある発光素子の死角となり、奥の発光素子が見えなくなるためである。
以下に説明する態様は、原則、上記第1-第3の各実施形態に共通の態様であって、それぞれに対する追加の構成である。
図10に示すように、入力が三次元の形状を示すデータ230から、対応するボクセルデータを作成する。図10中の符号240は生成された全ボクセルデータを示している。全ボクセルデータ240から表示パネル1aや表示パネル1bに角度が1フレーム変わる毎に表示する画像列324を作成する。図11は立方体を描画する場合の例である。図11(A),(B),(C)に示すように、立方体を表示パネル1aの回転角度が変わる毎の対応する一平面で截断した截断面(符号320,325,350)を考え、立方体形状を表すボクセルデータ250より、表示パネル1の回転角度に合わせて、各状態において截断面を形成するように表示パネル1に表示する画像を座標変換処理を用いて作成する。なお、符号300,305,または310は各状態における表示パネルの位置を示す。
表示パネル1aや表示パネル1b全面を同じフレームレートで画像表示している場合には、表示パネル1aや表示パネル1bにおける外側と中心側の回転速度の差により、外側では描画するボクセル密度が低くなり、内側ではそれに比べてボクセル密度が高くなる。制御手段10は、表示パネル1aや表示パネル1b全面を同じフレームレートで画像表示ではなく、均一なボクセル密度とするために、表示パネル1aや表示パネル1bの回転外側部分のフレームレートを高くして、中心に近い部分のフレームレートを低くする。また、同様に表示輝度も外側の方がボクセル密度が低い分暗くなるため、表示パネル外側の輝度を内側と比較して高くするとよい。
制御手段10は、必要に応じて装置を全周囲から視たときに表面にあるボクセルのみを残して他は削除する。ただし、物体内部まで写したい場合には行わない。
制御手段10は、必要に応じて透けをなくすため視点から最初に見える位置以外のボクセルを無効化する。ただし、全周囲から見えるように写したい場合には行わない。
制御手段10は、表示パネル1aや表示パネル1bの位置が若干想定とずれている場合には、位置のキャリブレーション(正確にかつ安定して再現させるために調整すること)を行い、その結果をもとに座標変換を行う。これにより一層良い立体像を表示できる。
制御手段10は、表示パネル1aや表示パネル1bの表示がon/offしかできない場合には、ディザリング(画像の色数を削減したり、少ない色数で画像を作成・編集する際に、異なる色のピクセルをバラバラに混ぜて配置することで中間色を表現する手法)により階調を表現する。ボクセルの状態でディザリングを行っても良いし、座標変換後の画像列に対してディザリングを行ってもよい。可能であれば2次元よりも3次元(座標変換後では2次元+時間軸の3次元)のディザリングパターンを用いてディザリングを行ったほうが良い画質が得られる。
上記の第1、第2の実施形態において、顔検出カメラ、顔や眼を検出するためのセンサ、など判定可能な重量センサを配置した構成とすることにより、3D像の表示に以下の様な変更を加えることができる。このモードに合わせて、次の透け対策実施の形態を変更することで、状況に最適な3D像の表示が可能である。また、顔検出用のカメラの画像を随時記録あるいは外部に転送しておく仕組みを設けることで、装置周辺の人の数や表情を元に、本装置の集客効果などを算出することが可能である。なお、縦方向の角度までは分からないため精度は落ちるが、顔検出カメラの他にも、距離センサや装置周辺に配置された重量センサなどを用いて、装置周辺の人を検出しても良い。
[1]検出人数が1人だったら、3D像の表示を1人モードとする。
[2]検出人数が2人だったら、3D像の表示を2人モードとする。
[2]3人以上の複数人では全員モード(視点角度依存の隠面処理なし)にする。
本願では、空間走査型ボリュームディスプレイに生じる画像透けの対策として、以下の実施の形態とするのがよい。
[1]原理的には、もし見ている人が一人でその人の視点方向が分かっていれば、その視点方向から最初にボクセルに該当するわざと透けさせるボクセル以外のボクセルを隠面処理(無効化、あるいは表示しないように)する。これにより、画像透けは無くすことができる。(一人モード)
[2]複数人が同時に見ている場合には、その2人の視点でORを取って隠面処理する。(二人モード)
[3]顔を検出して隠面処理を行う場合、リアルタイムで変換処理を行う必要があり処理量が大きくなるが、それを行わなくても予め例えば、視点方向円周360度を10分割して36度毎でそれぞれプリレンダリング(予め前記の描画アルゴリズムを行い表示パネルの表示データを作成しておくこと)を行っておき、顔検出の方向で再生データを切り替えるようにするのがよい。この場合、予め準備しておく角度に対応するプリレンダリングデータの数にもよるが、角度の切り替えは離散的になるため誤差は出るので、隠面処理は表示する角度範囲を甘め許容するようにしてプリレンダリングしておくのが良い。そうすることで、ある程度境界が透けるのは許容して、複数人が視聴している場合に、全ての必要な角度から視たときにボクセルが抜ける状況は存在しないようにできる。
[4]全周カメラで顔検出を行わなくても、人の操作により1人モード、2人モード、全員モードに切り替えられるスイッチを備えてもよい。
図19(A)は、視点方向から最初にボクセルに該当する表面のボクセルのみを有効にする実施の形態を示す。図19(B)は、表面のボクセルから視点奥側のボクセルを階状に拡張する(同じ輝度・色で埋める)実施の形態を示す。図19(C)は、(B)と視点の角度が異なる場合の実施の形態を示す。図19(B)と図19(C)は、ディザリングを使用している場合には、奥行方向に階調が表現できるようになるため、視点から視たときの画質が向上する。また有効ボクセルが増えるため、明るくなる効果もある。
暗い環境において、本願方式の表示を行う場合には、表示パネルの回転に伴うチラツキが大きく感じられる場合がある。暗い環境ではそれに合わせて表示パネルの照度を下げることが望ましい。そのため、本体に設置された環境の照度を検出する照度センサを設置しておき、その照度センサの出力値に応じて表示パネルの照度(LEDの発光量)を変更しコントラストを高めるディミングを行うのがよい。
回転するLED表示パネルによって発生した風、あるいは回転軸にプロペラをつけておき、そのプロペラによって発生した風によって、加熱するモータを冷却してもよい。
LED表示パネル下部のスリップリングやモータは振動などにより騒音を発生させるため、外部から見えなくても良い下部に関しては吸音材を配置することで、騒音レベルを下げることができる。
モータには温度センサを設置しておき、モータの温度が一定以上になったら何らかの異常が発生したと検出して、モータの破損を避けるため、モータを停止させる構成としてもよい。
一般的にモータの駆動制御はPWM方式で行われ、onになっているデューティー比でモータ駆動力を調整する。モータの回転数制御が何らかの原因で暴走し、モータ駆動力が異常に大きくなった場合に、LED表示パネルの回転数が異常に上昇して、様々な部分が故障しないように、モータの駆動電圧はLED表示パネル回転規定数より若干余裕がある電圧としておく。これにより、仮にモータが100%駆動でモータ制御されても、LED表示パネル回転規定数より若干高い程度の回転数にとどまるので、破損を避けられる。
モータの回転数が規定数から外れた場合には、正常な立体像が表示できなくなるため、LED表示パネルを消灯して、表示内容を表示しないようにする構成としてもよい。またそれに加えて、モータの回転数が規定数から外れた場合には、防護表示パネルに設置された液晶シャッタや可動する目隠し部材などにより、LED表示パネル自体をユーザが見えないようにしてもよく、このようにすると、LED表示パネルを消灯した場合、LED表示パネルの回転も見えなくなるため、より効果的である。
図6に示すLED表示パネル1などを支えているパイプ構造体の中、裏面側の矩形枠部分がLED表示パネルの周囲に視界を遮ることになるので、矩形枠部分について透明なパイプとし、さらにLED表示パネル1の周囲を透明な円形板(図示せず)で囲み上面に透明円盤(図示せず)で閉塞してLED表示パネル1の周囲を外部から透視可能な閉塞空間としてもよい。さらに、LED表示パネル回転による風の動きを妨げて、騒音や回転の不安定性を増さないように、上面の透明円盤に空気が通る穴やスリットを入れておく構成としてもよい。破損した部品が遠心力により周囲に飛散する場合にも、上下には遠心力が無いため飛散しない。そのため、上面に穴やスリットがあっても問題ない。回転台座ボックス7を含む下側部分は不透明の板材で閉塞する構成としてもよい。
LED表示パネル回転体周囲に、かりにLED表示パネルやその他の部品が破損し、遠心力によって周囲に飛散しないようにアクリルなど透明な防護表示パネルを配置する構成としてもよい。その際、透明防護表示パネルは外来光やLED表示パネルからの光を反射しないように表面がAR(Anti-reflective)コーティングを施されている構成としてもよい。
LED表示パネル回転体は重りバランスが崩れた場合振動が大きくなる。そのため、装置構造体や回転軸に取り付けられた振動センサを用いて随時振動の大きさを計測し、異常な大きさの振動を検出した場合には機器の破損を防ぐため、緊急停止する、あるいは異常をユーザに通知することを構成としてもよい。また、検出した振動が小さくなるように、予め回転体に設置している重りの位置、あるいは重り自体の重さを調整する機構を有することが望ましい。
LED表示パネルなど回転体の物理的な一部が破損した場合には、遠心力によりユーザの方へ飛散する可能性があるため、緊急時にはモータやLED表示パネル自体の電源を停止させる緊急停止ボタンを設置する構成としてもよい。
モータ回転数や振動センサの情報、外環境の照度、LED表示パネル表示内容やモータ温度など各種機器のモニタ情報を外部や遠隔地から取得するため、あるいは外部や遠隔地から回転開始や表示開始などの指示を出せるように、制御手段をネットワークで外部に繋いでおく構成としてもよい。
1a・・・表側の表示パネル
1b・・・裏側の表示パネル
1c・・・パネル支持体
2・・・スリップリング
3、3a、3b・・・エンコーダ
4・・・カップリング
5・・・モータ(回転手段)
6・・・回転軸線、回転軸
7・・・回転台座ボックス
10・・・制御手段
20・・・記憶手段
30・・・データ変換手段
40・・・モータ制御手段
100・・・立体映像装置
100A・・・立体映像装置
200・・・回転部
230・・・三次元形状データ
240・・・全ボクセルデータ
250・・・立方体形状を表すボクセルデータ
324・・・画像列
320,325,350・・・立方体截断面
300,305,310・・・表示パネル
Claims (20)
- パネル支持体の表側及び裏側に各ピクセルを構成する発光素子が縦横に配列された表示パネルが設けられ画像を発光表示する自発光二次元表示手段と、
前記パネル支持体の上端部の略中程を支持する上側支軸および下端部の略中程を支持する下側支軸のうち、少なくとも一方の支軸を有し、軸心を通る回転軸線の周りに前記表示パネルを回転させる回転手段と、
各前記発光素子が前記表示パネルの回転角度に応じたボクセルに来る位置に基づいてボクセル描画を行う制御手段とを備え、
前記回転軸線が表側の前記表示パネルの表示面より所要小寸法前方または後方に離隔した位置にあり、
前記表側に係る表示パネルから前記回転軸線までの距離と、前記裏側に係る表示パネルから前記回転軸線までの距離とが異なるように配置される
ことを特徴とする立体映像装置。 - 前記回転軸線が、前記表示パネルの縦横に配列された前記発光素子の縦列方向に対し互いに平行である請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記回転軸線が、前記表示パネルの縦横に配列された前記発光素子の縦列方向に対し右または左に所要小角度傾いている請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記回転軸線が、前記表側に係る第1の表示パネル、前記裏側に係る第2の表示パネル、のうちのいずれかの表示パネルの表示面からパネル横方向の長さの4%以上離間した位置にある構成である請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記回転軸線が、前記表側に係る第1の表示パネル、前記裏側に係る第2の表示パネル、のうちのいずれかの表示パネルの表示面からパネル横方向の長さの8%―16%に対応する距離離間した位置にある構成である請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記自発光二次元表示手段は、表側の前記表示パネルと裏側の前記表示パネルとが前記回転軸線に関し180度位相が異なる請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記自発光二次元表示手段は、表側の前記表示パネルと裏側の前記表示パネルとが縦方向および/または横方向に発光素子の配列がサブピクセルずれている請求項6に記載の立体映像装置。
- 前記回転軸線から表側の前記表示パネルまでの距離と前記回転軸線から裏側の前記表示パネルまでの距離とが異なるよう、前記回転軸線が配設されている請求項6に記載の立体映像装置。
- 表側の前記表示パネルと裏側の前記表示パネルの中、いずれか一方の前記表示パネルの表示面に前記回転軸線が配設されている請求項8記載の立体映像装置。
- 請求項9に記載の両面に係る表示パネルである場合、回転軸線に一致している前記表示パネルにのみ光拡散素子を配置する立体映像装置。
- 前記制御手段が、表示パネル全面を均一なボクセル密度とするために、表示パネルの回転外側部分のフレームレートを高くし、中心に近い部分のフレームレートを低くする請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記制御手段は、前記ボクセル描画を行うに際しインタレース描画を行う請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記制御手段が、前記自発光二次元表示手段の周囲に所在する人間の視点および/または顔の位置を検出して、視点から奥側に前記ボクセルを拡張する構成である請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記拡張されたボクセルを用いてディザリングをかける請求項13に記載の立体映像装置。
- 前記制御手段が、前記自発光二次元表示手段の周囲に所在する人間の視点および/または顔の位置を検出して、そこから最初に見えるボクセル以外を表示させないように制御することにより透けを防止するよう構成された請求項1に記載の立体映像装置。
- 検出対象が顔であって、検出数が1のときは1人モード、2以上一定未満のときは検出数全員のORを取った最初に見えるボクセル以外を描画しないモード、一定以上の複数人数のときは全員モードとして視点角度依存の隠面処理を行わないモードとする請求項15に記載の立体映像装置。
- 前記自発光二次元表示手段は、発光色が異なる複数の発光素子が各1ピクセルを構成しかつ1ピクセルを構成する複数の発光素子が前記回転軸線に沿った並びで配置されカラー画像を表示する機能を有する構成である請求項1に記載の立体映像装置。
- 前記制御手段は、回転部に設けられ前記表示パネルの画像を同期表示制御する構成であり、非回転部にモータ回転数を同期制御するモータ制御手段が設けられている請求項1に記載の立体映像装置。
- パネル支持体の表側に各ピクセルを構成する発光素子が縦横に配列された表示パネルが設けられ画像を発光表示する自発光二次元表示手段と、
前記パネル支持体の上端部の略中程を支持する上側支軸および下端部の略中程を支持する下側支軸のうち、少なくとも一方の支軸を有し、軸心を通る回転軸線の周りに前記表示パネルを回転させる回転手段と、
各前記発光素子が前記表示パネルの回転角度に応じたボクセルに来る位置に基づいてボクセル描画を行う制御手段とを備え、
前記回転軸線が、表側の前記表示パネルの表示面に一致した位置にあり、かつ前記表示パネルの縦横に配列された前記発光素子の縦列方向に対し右または左に5度~12度傾かせることによって縦方向の解像度を上げる構成である
ことを特徴とする立体映像装置。 - パネル支持体の表側に各ピクセルを構成する発光素子が縦横に配列された表示パネルが設けられ画像を発光表示する自発光二次元表示手段と、
前記パネル支持体の上端部の略中程を支持する上側支軸および下端部の略中程を支持する下側支軸のうち、少なくとも一方の支軸を有し、軸心を通る回転軸線の周りに前記表示パネルを回転させる回転手段と、
各前記発光素子が前記表示パネルの回転角度に応じたボクセルに来る位置に基づいてボクセル描画を行う制御手段とを備え、
前記自発光二次元表示手段は、前記パネル支持体の裏側にも表示パネルが設けられ、表側の前記表示パネルと裏側の前記表示パネルとが前記回転軸線に関し180度位相が異なり、表側の前記表示パネルと裏側の前記表示パネルとが縦方向および/または横方向に発光素子の配列がサブピクセルずれている構成である
ことを特徴とする立体映像装置。
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