(57)【要約】【課題】肉眼で三次元画像又は四次元画像を観察可能な立体映像表示システムを提供すること。【解決手段】立体映像表示システムが、ミストを生成する霧生成部と、鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、気流によってミストが略一定速度で移動する略円柱状のミスト空間と、ミスト空間を囲むように配置され、ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、プロジェクタに供給する画像制御装置と、を備え、ミストは、各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象を生じさせ得る粒子径を有する。【選択図】図１
2020127099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミストを生成する霧生成部と、
鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、
前記気流によって前記ミストが略一定速度で移動する、略円柱状のミスト空間と、
前記ミスト空間を囲むように配置され、前記ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、
前記各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、前記各プロジェクタに供給する画像制御装置と、
を備え、
前記ミストは、前記各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象を生じさせ得る粒子径を有する
ことを特徴とする立体映像表示システム。
【請求項２】
前記粒子径が、１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示システム。
【請求項３】
前記ミストの濃度が、１０００〜２０００個／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体映像表示システム。
【請求項４】
前記ミストの濃度が、前記ミスト空間の中心部から周辺部に向かうにつれて薄くなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。
【請求項５】
前記気流の速度が、１〜５ｃｍ／秒であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。
【請求項６】
前記複数のプロジェクタは、前記ミスト空間の中心部において、前記各プロジェクタの光軸が交わるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。
【請求項７】
前記複数のプロジェクタは、前記ミスト空間の中心部を通る水平な仮想平面と前記各プロジェクタの光軸とのなす角が０〜４５°となるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示システム。
【請求項８】
前記複数のプロジェクタは、前記中心軸に対して同心円状に配置されることを特徴とする請求項７に記載の立体映像表示システム。
【請求項９】
前記気流生成部は、
外部から空気を取り込み、前記ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する送風装置と、
前記送風装置と前記ミスト空間の間に配置され、前記送風装置から供給される気流を整流する第１の整流器と、
前記ミスト空間の空気を吸い込み、前記ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する吸引装置と、
前記吸引装置と前記ミスト空間の間に配置され、前記ミスト空間内の気流を整流する第２の整流器と、
を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像を表示可能な立体映像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光メガネ、ヘッドマウントディスプレイ、レティナルスキャン(網膜照射)など、立体映像を観察することができる表示装置が実用に供されている。このような表示装置の基本原理は、ユーザの目に入射する光線を制御し、左右の目に異なる光線を入射することによって立体視を実現するものである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、画像を表示する表示素子と、表示素子に表示された画像を導光する導光部材と、導光部材に入射された画像を導光部材内部で全反射させて伝搬するように回折する第一の回折手段と、導光部材で伝搬された画像をユーザの瞳に向けて回折する第二の回折手段等を備え、導光部材によってユーザの左右の眼に異なる画像（ステレオ像）を伝搬することによって立体視可能なヘッドマウントディスプレイが記載されている。
【０００４】
また、近年、Ｘ線ＣＴ技術の進歩により、人体の四次元現象（つまり、三次元の立体的構造の時間的変化）を、四次元データとして計測し得る時代となってきたことから、医学の領域においても三次元的、四次元的現象の視覚化が求められている。例えば、手術室において四次元画像の手術部位の投影を行うことができれば、人体内の動体の診断、時空間的手術ナビゲーション等ができるようになり、新たな病態の把握、新しい治療法の創出につながることとなるため、強い関心が寄せられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、特許文献１のヘッドマウントディスプレイのような、左右の眼で異なる画像を見るような構成の場合、視線を固定し、意識的にステレオ像を見なければならず、また不自然な距離調整を行わなければならず、ユーザ（術者）の眼や脳の疲労を生じさせるという問題がある。
【０００７】
従って、特に医学の領域においては、空間上の物体を見るのと同じ条件下で、空間上に結像された患者患部等の立体像を観察することが可能なものが求められている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ヘッドマウントディスプレイのようなステレオ像を用いることなく、肉眼で三次元画像又は四次元画像を観察可能な立体映像表示システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る立体映像表示システムは、ミストを生成する霧生成部と、鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、気流によってミストが略一定速度で移動する略円柱状のミスト空間と、ミスト空間を囲むように配置され、ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、プロジェクタに供給する画像制御装置と、を備え、ミストは、各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象を生じさせ得る粒子径を有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、実空間であるミスト空間に、肉眼で観察可能な立体像（三次元画像又は四次元画像）が形成される。
【００１１】
また、粒子径が、１〜１０μｍであることが望ましい。
【００１２】
また、ミストの濃度が、１０００〜２０００個／ｃｍ３であることが望ましい。
【００１３】
また、ミストの濃度が、ミスト空間の中心部から周辺部に向かうにつれて薄くなるように構成することができる。
【００１４】
また、気流の速度が、１〜５ｃｍ／秒であることが望ましい。
【００１５】
また、複数のプロジェクタは、ミスト空間の中心部において、各プロジェクタの光軸が交わるように配置されていることが望ましい。また、この場合、複数のプロジェクタは、ミスト空間の中心部を通る水平な仮想平面と各プロジェクタの光軸とのなす角が０〜４５°となるように配置されていることが望ましい。また、この場合、複数のプロジェクタは、中心軸に対して同心円状に配置されることが望ましい。
【００１６】
また、気流生成部は、外部から空気を取り込み、ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する送風装置と、送風装置とミスト空間の間に配置され、送風装置から供給される気流を整流する第１の整流器と、ミスト空間の空気を吸い込み、ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する吸引装置と、吸引装置とミスト空間の間に配置され、ミスト空間内の気流を整流する第２の整流器と、を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、従来のようなステレオ像を用いることなく、肉眼で三次元画像又は四次元画像を観察可能な立体映像表示システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る立体映像表示システムの概略構成を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る立体映像表示システムによって表示される立体像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る立体映像表示システム１の概略構成を説明する図である。図１に示すように、本実施形態の立体映像表示システム１は、映像を表示する表示部１０と、表示部１０に映像を投影する投影部２０とを備えるシステムであり、例えば、Ｘ線ＣＴ画像を基に、患者患部の立体像を観察可能なものである。
【００２１】
（表示部１０の構成）
図１に示すように、表示部１０は、送風装置１１と、霧発生部１２と、第１整流器１３と、第２整流器１４と、吸引装置１５とを備えている。送風装置１１、霧発生部１２、第１整流器１３、第２整流器１４、吸引装置１５は、この順番で鉛直上下方向に整列して配置され、第１整流器１３と第２整流器１４との間に空間照射部１６が形成されている。
【００２２】
送風装置１１は、内部にファン（不図示）を備えており、ファンが回ることにより外部から空気を取り込み、霧発生部１２に向かって送風する装置である。送風装置１１は、霧発生部１２で生成されるミストＭの気流に乱流、脈流を発生させることのないように、鉛直方向下向きに安定した風速（例えば、１〜５ｃｍ／秒）の気流を生成する。
【００２３】
霧発生部１２は、純水が蓄えられたタンク（不図示）と接続されており、タンクから供給される純水からミストＭを発生させる装置である。霧発生部１２は、内部に複数（例えば、４個）の超音波ネブライザーを備えており、超音波のキャビテーション効果を用いて純水を霧化（粒子径：１〜１０μｍ）する。そして、霧化された純水（つまり、ミストＭ）は、霧発生部１２からの送風（気流）によって第１整流器１３及び第２整流器１４に運ばれる。
【００２４】
第１整流器１３及び第２整流器１４は、例えば、直径２０ｍｍの金属製（例えば、ステンレス鋼板）のパイプをハニカム状に複数（例えば、１００本）束ねた円柱状（例えば、直径：１５〜３０ｃｍ、高さ：３０〜５０ｃｍ）の部材であり、霧発生部１２からのミストＭの気流を整流する。第１整流器１３及び第２整流器１４によって、一定速度の下向きの気流が生成されるため、第１整流器１３及び第２整流器１４の間の空間（つまり、空間照射部１６）には、安定した濃度（例えば、１０００〜２０００個／ｃｍ３）のミストＭが生成される。なお、第１整流器１３及び第２整流器１４に用いられる各パイプには、極力空気抵抗を生じさせないように、肉厚の薄いものが用いられる。
【００２５】
空間照射部１６（ミスト空間）は、安定した濃度のミストＭが存在し、投影部２０からの映像が投影されて、ユーザに対して立体像を表示する略円柱状の空間である。
【００２６】
吸引装置１５は、内部にファン（不図示）を備えており、ファンが回ることにより第２整流器１４を介して空間照射部１６から空気を取り込み、空間照射部１６の気流を安定させ、霧の濃度を安定させる。なお、本実施形態の吸引装置１５は、送風装置１１と同等の性能を有している。
【００２７】
（投影部２０の構成）
図１に示すように、投影部２０は、空間照射部１６を同心円状に囲むように配置された複数台のプロジェクタ２２と、各プロジェクタ２２に画像データを供給する画像制御装置２４と、を備えている。
【００２８】
プロジェクタ２２は、空間照射部１６に映像を投影する装置であり、各プロジェクタ２２の光軸が、空間照射部１６の略中心部において、鉛直方向に延びる空間照射部１６の中心軸と直交するように、複数台（例えば、１０台、１２台）のプロジェクタ２２が等角度間隔で同心円状に配置されている。なお、図１においては、図を見易くするために、５台のプロジェクタ２２のみを示し、他のプロジェクタ２２の記載を省略している。なお、プロジェクタ２２の台数は、求められる画像品質（空間照射部１６に生成される立体像の画像品質）、プロジェクタ２２の物理的な形状、サイズ等から適宜設定される。また、本実施形態のプロジェクタ２２は、各プロジェクタ２２からの投影画像ができるだけ逆投影空間内（つまり、空間照射部１６の空間内）でオルソになる投影像を発生させるように、レンズ構成（不図示）を有し、全てのプロジェクタ２２の光軸が、空間照射部１６の中心軸と直交するように、各プロジェクタ２２の姿勢を調整できる構造を有している。
【００２９】
画像制御装置２４は、外部から供給されるＸ線ＣＴ画像を処理して、各プロジェクタ２２に対して各プロジェクタの位置、配置角度に応じた投影データを生成し、供給する装置である。本実施形態においては、画像制御装置２４は、Ｘ線ＣＴ画像の厚み方向に連続したつながりを有する投影データを生成して各プロジェクタ２２に対して供給する。また、フィルタ補正逆投影法に基づくフィルタリング処理により補正され、空間照射部１６の空間内で画像再構成される際のボケをできるだけ除去する構成となっている。画像制御装置２４から各プロジェクタ２２に投影データが供給されると、各プロジェクタ２２からの映像が空間照射部１６に投影される。
【００３０】
上述のように、本実施形態においては、空間照射部１６に粒子径：１〜１０μｍのミストＭが存在するため、各プロジェクタ２２からの映像が空間照射部１６に投影されると、入射光がほぼ全周囲に散乱するため（ミー散乱(Mie Scattering)）、いわゆるチンダル現象（Tyndall Effect : 木陰からもれてくる太陽光の光芒がどの方向からも見える現象）が発生する。従って、複数のプロジェクタ２２からの映像が空間照射部１６に投影されると、各映像が空間照射部１６で合成され（つまり、空間照射部１６内の各点で加算され）、数値演算により発生する逆投影法と同じ現象、すなわちそれらの投影像を作り出した本来の構造に相当した実像（つまり、立体像）が空間照射部１６内に生成される。
【００３１】
図２は、本実施形態の立体映像表示システム１の空間照射部１６に表示される立体像の一例であり、具体的には、肝臓とその周辺の血管を示している。図２に示すように、本実施形態の立体像は、ミストＭで満たされた空間照射部１６内で空間的に分布を有する立体像として発生するため、ユーザが視点の位置を変えても投影対象物を立体像として認識することができ、かつ視点を移動させることにより投影対象物の内外の形状変化を認めることが可能となる。また、空間照射部１６内には構造物が配置されていないため、ユーザは空間照射部１６の空間内に指や物差し等を挿入して、立体像の形状を認識したり、計測したりすることが可能となる。
【００３２】
また、空間照射部１６内のミー散乱は、散乱強度が波長に依存しないため、色彩でラベルされた映像を投影すると、ユーザが色彩の差として識別できる立体画像を生成することができる。例えば、領域識別した血管系の部分の投影像を赤色でラベルし、それ以外の構造を白色でラベルとすると、白色で構築された構造体の中の血管系の構造を赤色で再構築することが可能となる。
【００３３】
また、ユーザが肉眼で色彩識別できる範囲でそれぞれの対象をラベルすると、目的に応じた数の色彩で識別した立体画像を生成することができる。
【００３４】
また、実空間での逆投影像結像は時間に依存しないため、発生までに遅延時間は生じない。従って、各プロジェクタ２２から同期して次の時点の立体画像用の投影データを表示することにより、時間変化を伴う立体画像を実空間に発生させることができる。つまり、本実施形態の構成によれば、三次元構造の時間軸上での変化を自由に実空間表示することができ、物体の四次元現象を表示することも可能となる。
【００３５】
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
【００３６】
例えば、本実施形態においては、第１整流器１３及び第２整流器１４を構成する複数のパイプは、同じ直径のものを用いるものとしたが、必ずしも同じ直径である必要はない。例えば、複数のパイプを、第１整流器１３及び第２整流器１４の中心部から周辺部に向かって徐々に細くなるように配置すると、空間照射部１６内のミストＭの濃度分布が、第１整流器１３及び第２整流器１４の中心部において高く、周辺部に向かうにつれて低くなるため、中央部において明るく、周辺部において暗い立体像が得られる。このように、空間照射部１６内のミストＭに所定の濃度分布を形成することによって、立体像の明るさを制御することが可能となる。また、空間照射部１６内のミストＭに所定の濃度分布を形成するのに代えて、各プロジェクタ２２の投影像が中央部において明るく、周辺部において暗くなるように、画像制御装置２４で生成される投影データを変更（補正）してもよい。
【００３７】
また、本実施形態の各プロジェクタ２２は、各プロジェクタ２２の光軸が、空間照射部１６の略中心部において、鉛直方向に延びる空間照射部１６の中心軸と直交するように、等角度間隔で同心円状に配置されているとしたが、このような構成に限定されるものではない。各プロジェクタ２２からの映像が空間照射部１６に投影されて合成され（つまり、空間照射部１６内の各点で加算され）立体像が形成されればよく、例えば、空間照射部１６の略中心部において、各プロジェクタ２２の光軸が交わるように配置すればよい。また、この場合、空間照射部１６の中心部を通る水平な仮想平面と各プロジェクタ２２の光軸とのなす角が０〜４５°となるように（つまり、各プロジェクタ２２からの光が空間照射部１６に対して斜め方向から入射するように）配置することもできる。なお、空間照射部１６の中心部を通る水平な仮想平面と各プロジェクタ２２の光軸とのなす角が４５°よりも大きくなると、光の損失が大きくなるため、立体像全体が暗くなる。
【００３８】
なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３９】
１    ：立体映像表示システム
１０  ：表示部
１１  ：送風装置
１２  ：霧発生部
１３  ：第１整流器
１４  ：第２整流器
１５  ：吸引装置
１６  ：空間照射部
２０  ：投影部
２２  ：プロジェクタ
２４  ：画像制御装置
Ｍ    ：ミスト
【図１】
2020127099.tif 000003
【図２】
2020127099.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月6日(2020.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミストを生成する霧生成部と、
鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、
前記気流によって前記ミストが略一定速度で移動する、略円柱状のミスト空間と、
前記ミスト空間を囲むように配置され、前記ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、
前記各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、前記各プロジェクタに供給する画像制御装置と、
を備え、
前記ミストは、前記各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象が生じるように、前記ミストの粒子径は、１〜１０μｍであり、前記ミストの濃度は、１０００〜２０００個／ｃｍ３である
ことを特徴とする立体映像表示システム。
【請求項２】
ミストを生成する霧生成部と、
鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、
前記気流によって前記ミストが略一定速度で移動する、略円柱状のミスト空間と、
前記ミスト空間を囲むように配置され、前記ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、
前記各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、前記各プロジェクタに供給する画像制御装置と、
を備え、
前記ミストは、前記各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象を生じさせ得る粒子径を有し、
前記ミストの濃度が、前記ミスト空間の中心部から周辺部に向かうにつれて薄くなる
ことを特徴とする立体映像表示システム。
【請求項３】
ミストを生成する霧生成部と、
鉛直方向に略一定速度の気流を生成する気流生成部と、
前記気流によって前記ミストが略一定速度で移動する、略円柱状のミスト空間と、
前記ミスト空間を囲むように配置され、前記ミスト空間に向けて映像を投影する複数のプロジェクタと、
前記各プロジェクタの位置に応じた投影データを生成し、前記各プロジェクタに供給する画像制御装置と、
を備え、
前記ミストは、前記各プロジェクタからの光がミー散乱によって散乱され、チンダル現象を生じさせ得る粒子径を有し、
前記気流の速度が、１〜５ｃｍ／秒である
ことを特徴とする立体映像表示システム。
【請求項４】
前記複数のプロジェクタは、前記ミスト空間の中心部において、前記各プロジェクタの光軸が交わるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。
【請求項５】
前記複数のプロジェクタは、前記ミスト空間の中心部を通る水平な仮想平面と前記各プロジェクタの光軸とのなす角が０〜４５°となるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の立体映像表示システム。
【請求項６】
前記複数のプロジェクタは、鉛直方向に延びる前記ミスト空間の中心軸に対して同心円状に配置されることを特徴とする請求項５に記載の立体映像表示システム。
【請求項７】
前記気流生成部は、
外部から空気を取り込み、前記ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する送風装置と、
前記送風装置と前記ミスト空間の間に配置され、前記送風装置から供給される気流を整流する第１の整流器と、
前記ミスト空間の空気を吸い込み、前記ミスト空間に鉛直方向下向きの気流を生成する吸引装置と、
前記吸引装置と前記ミスト空間の間に配置され、前記ミスト空間内の気流を整流する第２の整流器と、
を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の立体映像表示システム。