(57)【要約】【課題】本開示は、結像する光線の光路を妨げない位置に映像出力装置を配置することで、実像の状態が変化する立体像表示装置を提供する。【解決手段】本開示の立体像表示装置は、第１の凹面鏡１０と、透光部である開口部２１が開設され、反射面が第１の凹面鏡の反射面に対向するように接続された第２の凹面鏡２０を備える。第２の凹面鏡の開口部２１を境にして、空間が第２の凹面鏡の内側の第１の空間３１０と、第２の凹面鏡の外側の第２の空間３２０とに分離される。これによって第１の空間にある第１の凹面鏡の底面の中央部に配置される物体５１の実像５２が、第２の空間に生成される光学系が構成され、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡の接続部付近に第１プロジェクター３１、及び第２プロジェクター３２を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面鏡と、前記凹面鏡に設けられ、第１の空間と第２の空間との境に位置する透光部と、を有し、前記凹面鏡側にある前記第１の空間に配置された物体の実像を、前記凹面鏡により前記第２の空間に結像する光学系と、
前記物体の実像が結像する光線の光路を実質的に妨げない位置に配置される映像出力装置と、
を備える、立体像表示装置。
【請求項２】
第１の凹面鏡と、透光部が設けられ、反射面が前記第１の凹面鏡の反射面に対向するように配置された第２の凹面鏡と、を有し、前記透光部は、前記第２の凹面鏡の内側の第１の空間と前記第２の凹面鏡の外側の第２の空間との境に位置し、前記第１の空間にある前記第１の凹面鏡の底面に配置される物体の実像が、前記第２の空間に生成される光学系と、
前記第１の凹面鏡と前記第２の凹面鏡の接続部付近に配置される映像出力装置と、
を備える、立体像表示装置。
【請求項３】
前記映像出力装置は、前記第１の空間に配置される前記物体に映像を投写するプロジェクターである、
請求項１または２に記載の立体像表示装置。
【請求項４】
前記映像出力装置は、前記第２の空間を撮像するカメラの撮像映像が表示されるディスプレイである、
請求項１または２に記載の立体像表示装置。
【請求項５】
前記透光部には、透光部材が配置される、
請求項１または２に記載の立体像表示装置。
【請求項６】
前記透光部には、光の透過と拡散とを切換え可能な光学素子、または透光と遮光とを切換え可能な光学素子が配置される、
請求項１または２に記載の立体像表示装置。
【請求項７】
前記第１の空間に配置される前記物体を変更する物体置換機構を、さらに備える、
請求項６に記載の立体像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、立体像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚の凹面鏡を上下に対面させて設置し、一方の凹面鏡の上面に開口を設けることで、他方の凹面鏡の底面に置いた物体の実像を開口部の上部に出現させる、ボルマトリクスと呼ばれる光学系がある。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、物体に照明光を当てる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、底面に置いた物体の実像が現れるだけで、変化させることができない。例えば、物体そのものを入れ換えなければ、色や模様を変えることができない。また、外部の状況に応じてインタラクティブに変化させることができない。
【０００５】
本開示は、結像する光線の光路を妨げない位置に映像出力装置を配置することで、実像の状態が変化する立体像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様に係る立体像表示装置は、凹面鏡と、凹面鏡に設けられ、第１の空間と第２の空間との境に位置する透光部と、を有し、凹面鏡側にある第１の空間に配置された物体の実像を、凹面鏡により第２の空間に結像する光学系、物体の実像が結像する光線の光路を実質的に妨げない位置に配置される映像出力装置と、を備える。
【０００７】
本開示の第２の態様に係る立体像表示装置は、第１の凹面鏡と、透光部が設けられ、反射面が第１の凹面鏡の反射面に対向するように配置された第２の凹面鏡と、を有する光学系と、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡の接続部付近に配置される映像出力装置と、を備える。透光部は、第２の凹面鏡の内側の第１の空間と第２の凹面鏡の外側の第２の空間との境に位置し、第１の空間にある第１の凹面鏡の底面に配置される物体の実像が、第２の空間に生成される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、結像する光線の光路を妨げない位置に映像出力装置を配置することで、実像の状態が変化する立体像表示装置を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる立体像表示装置を示す図
【図２】図１に示す立体像表示装置における実像の見え方を説明するための図
【図３】図１に示す立体像表示装置におけるプロジェクターの投写の状態を示す図
【図４】図１に示す立体像表示装置におけるプロジェクターの配置を示す図
【図５】実施の形態１の第１の変形例にかかる立体像表示装置を示す図
【図６】実施の形態１の第２の変形例にかかる立体像表示装置を示す図
【図７】実施の形態２にかかる立体像表示装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１１】
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
本開示の立体像表示装置の実施の形態１の構成について図１を用いて説明する。図１は、立体像表示装置を示す図である。
【００１３】
実施の形態１の立体像表示装置１は、第１の凹面鏡１０と、第２の凹面鏡２０を備え、第１の凹面鏡１０の内側（凹面）と第２の凹面鏡２０の内側（凹面）とが互いに対向するように接続されて設置される。第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０は、それらの内側が反射面（鏡面）となっている。また、第２の凹面鏡２０の中央部には、開口部２１が開設されている。この開口部２１は、地面またはテーブル面４０に開設された開口と大きさが等しく、その地面またはテーブル面４０の開口の位置と重なるように配置される。開口部２１は、透光部の一例である。
【００１４】
このようにして、第２の凹面鏡２０の開口部２１を境にして空間が、第２の凹面鏡２０の内側の第１の空間３１０と、第２の凹面鏡の外側の第２の空間３２０に分離される。
【００１５】
そして、第１の凹面鏡１０の底面の中央部には物体５１が配置される。開口部２１から入射した光は物体５１に当たって拡散する。この拡散した光は、第１の凹面鏡１０及び第２の凹面鏡２０のレンズ効果により、第２の凹面鏡２０の開口部２１の外側に集光する。図１では、物体５１の下端の点から出た光線６１（矢印破線）、光線６２（矢印実線）、光線６３（矢印一点鎖線）が、開口部２１の上に集光する様子を示す。物体５１の各点から出た光も同様に集光し、結果として、開口部２１の外側の第２の空間３２０に物体５１の実像５２が生成される。このように、第１の凹面鏡１０と、開口部２１が設けられ、反射面が第１の凹面鏡１０の反射面に対向するように配置された第２の凹面鏡２０と、によって、凹面鏡の内側の第１の空間３１０に配置される物体５１の実像５２が、開口部２１を境に外側の第２の空間３２０に生成される光学系が構成される。
【００１６】
図２に、物体５１の上端から出た代表的な光線７２（矢印破線）と、物体５１の下端から出た代表的な光線６２（矢印実線）を示す。観察者が、物体５１の上端から下端まで全ポイントからの光が見える位置から観察すると、物体５１全体の実像５２を見ることができる。例えば、観察者が図２の位置Ａの方向から観察すると、物体５１全体の実像５２が見える。
【００１７】
一方で、観察者が図２の位置Ｂの方向から観察すると、物体５１全体の実像５２を見ることはできない。より具体的には、開口部２１の端と物体５１の実像５２の上端を結ぶ境界面（破線）より下側からは、物体５１全体の実像５２を見ることはできない。即ち、第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０との接続された部分（接続部４００）付近を通る光は利用されない。
【００１８】
そこで、この接続部４００付近にプロジェクターを設置する。図１、図２及び図３では、第１プロジェクター３１、第２プロジェクター３２の２台のプロジェクターが示されている。これら第１プロジェクター３１、第２プロジェクター３２は、物体５１の実像５２が結像する光線の光路を実質的に妨げない位置に配置されることになる。そして、図３のように、物体５１に第１プロジェクター３１と第２プロジェクター３２から映像を投写する。物体５１に投写された映像光は拡散反射し、物体５１から出た光線と同様に第１の凹面鏡１０及び第２の凹面鏡２０で反射し、開口部２１の外側の第２の空間に結像する。
【００１９】
第１プロジェクター３１及び第２プロジェクター３２からの映像光を変化させることにより、物体５１の色や模様を変えることが可能となる。物体５１に顔の映像を投写し、表情を変えることもできる。物体５１は、映像を投射することを想定し、単色であってもよい。また、白や淡い色であってもよい。
【００２０】
第１プロジェクター３１、第２プロジェクター３２は、物体５１にのみに映像を投写することが望ましい。物体５１の領域以外に投写した場合、内部で反射を繰り返し、開口部２１から望ましくない方向に光が出射される可能性がある。
【００２１】
物体５１が人形のように向きを持つ場合、映像はその人形の正面以外の方向から投写するのが望ましい。これは、物体５１の正面付近は、図３の位置Ｂの角度から観察したときに、プロジェクターからの漏れ光が見える可能性があるためである。そこで、図４のように、物体５１の正面以外の方向から投写するようにプロジェクターを配置するようにすれば、正面側からは、漏れ光が見えにくくなる。なお、図４では、物体５１の正面の方向が第２プロジェクター３２と第３プロジェクター３３との間に位置するように、即ち、第１プロジェクター３１、第２プロジェクター３２、第３プロジェクター３３、第４プロジェクター３４の４台のプロジェクターを物体５１の正面側以外の位置に配置した例を示している。
【００２２】
図４の例では、４台のプロジェクターは、立体像表示装置１の接続部４００付近であって、周方向に実質的に等間隔に配置されているが、等間隔でなくてもよい。例えば、物体５１の正面側からの映像投写を重視する場合には、正面側に近い第２プロジェクター３２と第３プロジェクター３３との間隔を他のプロジェクターの間隔よりも小さくなるように配置してもよい。また、配置されるプロジェクターは、４台に限らず、１台から３台でもよいし、５台以上でもよい。第１プロジェクター３１、第２プロジェクター３２、第３プロジェクター３３および第４プロジェクター３４は、それぞれ映像出力装置の一例である。
【００２３】
開口部２１に透明なガラス板や樹脂板などの透光部材を設置し、第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０で形成される内部空間（第１の空間）と外部（第２の空間）を分離してもよい。これにより、外部から内部空間に埃や異物などが入り込むことを防止できる。
【００２４】
また、開口部２１に設置する透光部材は強化ガラス９０や強化プラスチックにより構成してもよい。この場合、人など重量部が上に載ったり、衝撃が加わったりしても壊れない。
【００２５】
開口部２１に分散型液晶パネルを設置してもよい。分散型液晶パネルは、電圧をかけない状態では拡散板として機能するが、電圧をかけると透明になるデバイスである。電圧をかけない拡散状態では、光が拡散するため、結像せず、実像は見えない。電圧をかけると透過状態になり光が結像し、実像が開口部２１から外側の第２の空間３２０に現れる。なお、分散型液晶パネルに限られず、透光と遮光とを切換え可能な液晶パネルを用いてもよい。このように、光の透過と拡散とを切換え可能な光学素子、または透光と遮光とを切換え可能な光学素子を用いることにより、実像の出現、消滅を制御できる。
【００２６】
（変形例１）
図５は、実施の形態１の変形例１を示している。この立体像表示装置１Ａでは、第１の凹面鏡１０の底面側に、第１の凹面鏡１０の底面の中央部に配置する物体を置き換える機構（物体置換機構）を設置するようにしている。この変形例１では、図５に示すように、台車８１に乗った複数の物体５１、５３、５４がレールの上を移動し、選択された物体がリフト８２によって持ち上げられるシステムとなっている。これにより、物体を入れ替えることができる。この場合、第１の凹面鏡１０の底面の中央部分には開口部１１が開設される。この物体の切り換えの期間中は、第２の凹面鏡２０の開口部２１に設置された分散型液晶パネルの電圧をオフにし、拡散状態にしておくと、物体の入れ替えが見えることがない。
【００２７】
また、リフト８２を使って第１の空間３１０から物体を取り出して当該物体の一部を変更した後、第１の凹面鏡１０の開口部１１から第１の空間３１０に変更された物体を戻すことによって、当該物体を変更してもよい。
【００２８】
（変形例２）
図６は、実施の形態１の変形例２を示している。この変形例２の立体像表示装置１Ｂでは、第１の凹面鏡１０及び第２の凹面鏡２０は、それぞれ図６のように一部だけ使用するようにしている。この場合は、物体５１の背面側から映像光が投写されないので、実像５２の後ろ側を観察することはできない。そこで、壁９１を設けて実像を後ろ側から観察できなくすると良い。また、図６に示すように物体５１の背面側の第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０を壁９２に埋め込むような設置が望ましい。
【００２９】
図６に示す立体像表示装置１Ｂでは、第２プロジェクター３２により、物体５１に映像光が投写される場合が示されている。立体像表示装置１Ｂにおいて物体５１の正面側からの投写を避ける場合は、図４で説明した第１プロジェクター３１及び第４プロジェクター３４を用いず、物体５１の正面方向が第２プロジェクター３２と第３プロジェクター３３との間になるようにプロジェクターを配置して、物体５１に映像光を投写してもよい。なお、物体５１の正面側に第２プロジェクター３２を配置し、物体５１の両側面側にそれぞれ第３プロジェクター３３、第４プロジェクター３４を配置して、３台のプロジェクターにより、物体５１に映像光を投写してもよい。
【００３０】
（実施の形態２）
本開示の実施の形態２を、図７を用いて説明する。図７において、実施の形態１と同一構成部分には同一符号を付している。
【００３１】
本実施の形態２の立体像表示装置２では、第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０を接続する周辺部分（接続部４００）に、液晶ディスプレイ等のディスプレイを設置する。この実施の形態では、第１ディスプレイ１１０と第２ディスプレイ１２０の２台のディスプレイが設置されている。これら第１ディスプレイ１１０と第２ディスプレイ１２０の２台のディスプレイは、物体５１の実像５２が結像する光線の光路を実質的に妨げない位置に配置されることとなる。第２の空間３２０には、この第２の空間３２０を撮像する第１カメラ２１０と第２カメラ２２０が設置されており、これらのカメラで撮像された映像（撮像映像）を第１ディスプレイ１１０、及び第２ディスプレイ１２０に表示する。第１ディスプレイ１１０および第２ディスプレイ１２０は、それぞれ映像出力装置の一例である。
【００３２】
第１の空間３１０の中の第１の凹面鏡１０の底部には物体５１としての演者５００が入っており、第１ディスプレイ１１０、及び第２ディスプレイ１２０を通して外（第２の空間３２０）の状況を把握し、インタラクティブに動作する。演者５００の実像５２は、実施の形態１と同様に第１の凹面鏡１０と第２の凹面鏡２０によって、開口部２１上の第２の空間３２０に形成される。開口部２１には、例えば人６００が乗っても十分な強度を有する強化ガラス９０が配置される。例えば、実像５２に人６００が近付くと、演者５００は、急に動き出して人６００を驚かせるなど、実像５２を介して第２の空間３２０の状況に対応することができる。
【００３３】
本実施の形態では、第１カメラ２１０が撮像し生成した映像信号は、第１ディスプレイ１１０に送信されてその映像が表示される。同様に、第２カメラ２２０が撮像した映像は第２ディスプレイ１２０に表示される。図７に示す例では、演者５００は、第１カメラ２１０により撮像される人６００の映像を、第１ディスプレイ１１０を通してみることができ、人６００の動作に対応することができる。なお、カメラおよびディスプレイの台数は２台に限られず、１台でもよいし３台以上でもよい。また、図７に示す例で、第１ディスプレイ１１０に第１カメラ２１０と第２カメラ２２０の両方の映像を表示する場合のように、１台のディスプレイに複数のカメラで撮像された映像を分割して表示してもよい。
【００３４】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本開示は、立体像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    第１の凹面鏡
２０    第２の凹面鏡
１１，２１    開口部
３１    第１プロジェクター
３２    第２プロジェクター
３３    第３プロジェクター
３４    第４プロジェクター
４０    地面またはテーブル面
５１，５３，５４    物体
５２    実像
６１，６２，６３，７２    光線
８１    台車
８２    リフト
９０    強化ガラス
９１，９２    壁
１１０    第１ディスプレイ
１２０    第２ディスプレイ
２１０    第１カメラ
２２０    第２カメラ
３１０    第１の空間
３２０    第２の空間
４００    接続部
５００    演者
６００    人
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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