(57)【要約】      （修正有）【課題】より観察者に立体感を感じさせる三次元立体画像を表示する空中投影装置を提供する。【解決手段】それぞれに孔２１１，２２１が形成され、対向して配置される一対の凹面鏡２１，２２と、一方の前記凹面鏡２２における前記孔２２１近傍に配置された立体像表示装置３と、を備えることを特徴とする空中投影装置。なお、前記立体像表示装置３は、前記孔２２１の端面よりも凹面鏡２２外側に配置されてなることが好ましい。また、前記凹面鏡２２１と前記立体像表示装置３を固定する固定具４と、を備えることも好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに孔が形成され、対向して配置される一対の凹面鏡と、
一方の前記凹面鏡における前記孔近傍に配置された立体像表示装置と、を備える空中投影装置。
【請求項２】
前記立体像表示装置は、前記孔の端面よりも凹面鏡外側に配置されてなる請求項１記載の空中投影装置。
【請求項３】
前記凹面鏡と前記立体像表示装置を固定する固定具と、を備える請求項１記載の空中投影装置。
【請求項４】
前記立体像表示装置に接続された情報処理装置を備え、
前記情報処理装置は、立体像データの反転処理を行い、前記立体像表示装置に反転された前記立体像データを出力する請求項１記載の空中投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中投影装置に関し、より具体的には、凹面鏡とホログラフィとを用いた空中投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二枚の凹面鏡の縁同士を合わせるように向かい合わせて配置することで、一方の凹面鏡の焦点にある物体を他方の凹面鏡の焦点にあるかのように見せる装置（以下「ボルマトリクス装置」という。）が、博物館における展示、学校等の学習用に販売されている。
【０００３】
ボルマトリクス装置は、焦点部位付近に穴が空けられた上側の凹面鏡と、下側に孔の空いていない凹面鏡を設ける。そして下側の凹面鏡の底部に物体を配置すると、この物体からの光が上下の凹面鏡で反射され、上側の凹面鏡の焦点部位である装置の天井にあたる部分に像を結ぶ。そのため、ボルマトリクス装置を斜め上から観察すると、装置の底にある物体が、装置の天井部の空中に存在するかのように見える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のボルマトリクス装置では、空中に投影した立体像を変える場合に、装置内部に配置した物体そのものを変える必要がある。したがって、動きのある像を投影することは困難であるといった課題がある。
【０００５】
一方で、ボルマトリクス装置の底部近傍にディスプレイを配置し、そのディスプレイに動画を表示すれば、実在物体だけでなく架空の物体やコンピュータグラフィックス等を投影することができる。しかし、この場合、ディスプレイに映された像自体は２次元映像であるため、観察者は２次元映像が浮いているようにしか見えない。
【０００６】
さらに、従来のボルマトリクス装置では実在する物体しか投影できず、ＣＧなどで構成された架空の物体をボルマトリクス装置で立体的に投影することはそのままでは難しい。
【０００７】
ところで、三次元立体画像を表示させる方法として、ホログラフィがある。具体的には、液晶表示装置等のディスプレイに、干渉縞という形で物体の立体映像情報を圧縮した二次元画像（ホログラム）を表示し、このホログラムに照明光を照射することで、観察者に三次元立体画像を認識させることができるようにする技術がある。
【０００８】
ホログラフィは、観察者に三次元立体画像を認識させることができるものであるが、三次元立体画像のディスプレイから遠ざけて表示させることでより立体感を出すことができるが、遠ざけて表示させるためにはホログラムの計算が極めて煩雑になってしまうといった課題がある。加えて、立体画像を動かして表示させようとすると、更に計算量が膨大になっていくといった課題もある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を鑑み、より観察者に立体感を感じさせることのできる三次元立体画像を表示することができる空中投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の一観点に係る空中投影装置は、それぞれに孔が形成され、対向して配置される一対の凹面鏡と、一方の凹面鏡における孔近傍に配置された立体像表示装置と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によって、より観察者に立体感を感じさせることのできる三次元立体画像を表示することができる空中投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る空中投影装置の概略図。
【図２】実施例において準備したＣＧの概略を示す写真図である。
【図３】実施例において作製したホログラムの写真図である。
【図４】実施例において作製した空中投影装置によって観察される立体像の写真図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る空中投影装置１（以下、「本装置」という）の概略を示す図である。本装置は、それぞれに孔２１１、２２１が形成され、対向して配置される一対の凹面鏡２１、２２と、一方の凹面鏡２１における孔２１１近傍に配置された立体像表示装置３と、この立体像表示装置３を一方の凹面鏡２２に対して固定する固定具４と、立体像表示装置３に接続され、立体像データを出力する情報処理装置５と、を備えている。
【００１５】
本装置１において、一対の凹面鏡２１、２２のそれぞれは、凹んだ断面形状を備える鏡であって、より具体的には、放物面を備えた鏡面を備える鏡である。
【００１６】
また、本装置１において、一対の凹面鏡２１、２２は、そのふち同士を合わせるように向かい合わせて配置されている。これにより、一方の凹面鏡の焦点付近にある物体を、他方の凹面鏡の焦点付近にあるかのように見せることができる。
【００１７】
本実施形態において凹面鏡は、上記のとおり、凹んだ鏡面を備え、断面が放物線となっているため、焦点からの光を平行に反射させる性質を有する反射鏡となっている。凹面鏡の光を反射させる部分の材料としては、光を反射させるものであればよく、例えば、プラスチック等で凹んだ放物面を備える基礎形状を作製し、この放物面にアルミニウム、鉄、銀といった金属を積層させることが好ましいがこれに限定されない。また、凹面鏡のサイズは所望する投影画像のサイズによって変化するが、例えば、段面の直径として例えば２０ｃｍ以上であることは好ましい一例である。なお、直径は大きくなればなるほど明るくシャープな像が得られる。また、凹面鏡の深さは、限定されるわけではないが、断面の直径に対する深さの比の値を１以下とすることが好ましい。深さは、垂直方向の観察可能範囲に影響し、直径：深さの比が大きくなるほど、より水平に近い方向から像を観察することが可能となる。断面の直径に対する深さの比の値を１以下とすることで４５度の角度をもって観察することが可能となる。
【００１８】
本実施形態において凹面鏡の断面形状は、同じものを構成してもよいが、放物面を備えるものであれば異なるであってもよい。具体的には、焦点距離の異なる放物面を有する凹面鏡を組み合わせる構成としてもよい。より具体的には、上側の凹面鏡は焦点距離が下側の凹面鏡の反射面上に近い位置になるものを採用する一方、下側の凹面鏡は焦点距離が上側の凹面鏡の反射面よりも少し観察者側（下側の凹面鏡の反射面よりも離れる方向）にあるものを採用してもよい。このようにすることで、観察者は下側の凹面鏡に表示させた像をあたかも凹面鏡の上にあるものと認識しやすくなる。
【００１９】
また本実施形態において凹面鏡２１、２２にはそれぞれ孔２１１、２２１が形成されている。孔２１１、２２１は、一対の凹面鏡３の中央近傍を貫通するように設けられたものである。このようにすることで、焦点位置近傍に像を表示させるための空間を確保することができる。一対の凹面鏡３のうち一方の凹面鏡３１に形成された孔２１は、所望する立体像のサイズや一対の凹面鏡３のサイズ等により異なるが、投影させたい像の大きさ、立体像表示装置の表示面の大きさに合わせて調整することが好ましい。また、限定されるわけではないが、孔２２１は、ディスプレイとほぼ同じサイズであることは好ましい一例である。また、限定されるわけではないが孔２１１の大きさは、凹面鏡の直径の４分の１以下であることが好ましく、８分の１以上６分の１であることがより好ましい。この範囲とすることで、像のシャープさを維持することができる。
【００２０】
なお、本実施形態において凹面鏡２１、２２には孔２１１、２２１の大きさを調整するため、調整部材を別途備えるける構成としてもよい。この調整部材は凹面鏡の孔２１１、２２１に大きさを変えた孔を形成することが可能となるものであり、限定されるわけではないが、例えば、孔２１１、２２１にはめ合わせることができるよう凹面鏡の放物面に対応した凹面を持ち、さらに小さな孔が形成された小さな凹面鏡を例示することができる。また、カメラの絞りのように、複数のうすい金属板を組み合わせ孔２の直径を連続的に変化させることが可能であって、しかもこの面が凹面鏡３の放物面に対応した形状、反射率を備えるものであることが好ましい。
【００２１】
本実施形態において立体像表示装置３は、一方（下側の）凹面鏡２２の孔２２１の近傍に立体像を表示する装置である。この立体像表示装置３の構成は、観察する者に立体像を認識させることができる限りにおいて限定されるわけではないが、干渉縞という形で物体の立体映像情報を圧縮した二次元画像（ホログラム）を表示することのできる液晶ディスプレイと、このディスプレイに照明光を供給する光源とを備えたものであることは好ましい一例である。
【００２２】
なおここでホログラムは上記のとおりであるが、より具体的には、光の性質（干渉と回折）を利用することで立体映像を記録・再生する技術であり、本実施形態に係るホログラムは、干渉縞という形で物体の立体映像情報を圧縮した二次元画像である。この二次元画像に適切な照明光を供給すると、この干渉縞によって変調を受けた光は観察者に三次元画像として認識されるようになる。
【００２３】
また本実施形態において立体像表示装置３は、孔２２１の外側すなわち凹面鏡２２の孔の外側に少し離して配置することが好ましい。立体像表示装置３を凹面鏡２２の外側に配置することで、立体像は凹面鏡２２の反射面側に表示させる一方、立体像表示装置３そのものは凹面鏡２２の外側に配置することで観察者に視認させないようにすることが可能となる。
【００２４】
また本装置１では、凹面鏡３と立体像表示装置５を固定する固定具４を備えていることが好ましい。固定具４は、凹面鏡３と立体像表示装置５の位置関係を固定することによって、安定して立体像の位置を好適化させて表示させることが可能となる。
【００２５】
固定具４の構造としては、上記の機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、孔２２１の周りを筒状に覆う部材を備えた構造や、棒状部材を複数備えこの棒状部材によって凹面鏡と立体像表示装置４とを固定する構造としてもよい。またこの固定具４は、凹面鏡３の外側に接続しておくことがより観察者の視野から離すことができるため好ましい。
【００２６】
また、固定具４は、孔２２１の近傍に立体像を投影するための高さ調節部を備えてもよい。固定具５に高さ調節部を設けることで孔２２と立体像表示装置４の距離を調節することができ、立体像が投影される位置を調整することができる。
【００２７】
また、本実施形態において、立体像表示装置５には情報処理装置４が接続されており、立体像データを作成し、立体像表示装置５に出力する。また、立体像データは、凹面鏡の反射によって対称形状となるため、出力する立体像データに対し反転処理を行うことが好ましい。ただこの場合において、凹面鏡の反射によって上下方向が入れ替わるため、立体像を倒立させる反転処理を行っておくことが好ましい。
【００２８】
本実施形態において情報処理装置５は、上記の機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、ハードディスク、およびこれらを接続するバス等を備えたいわゆるコンピュータであることは好ましい一例である。
【００２９】
また、本実施形態に係るホログラムは、時系列的に連続的に立体像データを作成し、立体像表示装置５に出力されることが好ましい。このようにすることで、リアルタイムに変化する立体像を空中に提示することが可能となる。
【００３０】
以上、本装置は、より観察者に立体感を感じさせることのできる三次元立体画像を表示することができる空中投影装置となる。具体的に説明すると、本装置では、一対の凹面鏡にそれぞれ孔を形成して立体像表示装置を配置し、立体像表示装置にホログラムを表示するとともに、一対の凹面鏡の一方の焦点近傍にホログラムを合わせることで観察者に立体像が本当に浮いているように見せることが可能となる。特に、立体像表示装置の表示面そのものは凹面鏡の外側に配置しておくため、表示面は観察者に視認しづらくなりより浮いているように見える。さらに、立体像表示装置と情報処理装置とを組み合わせることで、リアルタイムに変化する立体像を表示し、立体的な動画像を表示することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態では、凹面鏡それぞれの中央近傍には孔が形成された例を示しているが、一方の凹面鏡の中心近傍にハーフミラーを配置する例としてもよい。ハーフミラーを配置することで、光量は減るものの、立体像表示装置から発せられる光のみを視認させることが可能となり、凹面鏡外側にある立体表示装置の表示面をより視認させにくくさせることができる。
【実施例】
【００３２】
ここで、上記実施形態において説明した装置を用い効果を確認した。以下具体的に説明する。
【００３３】
まず、中央近傍に孔が形成された一対の凹面鏡を準備し、一方の孔の外側に立体像表示装置として位相変調型の液晶表示装置を配置し、情報処理装置としてコンピュータに接続した。そして、図２で示す恐竜のＣＧデータを作成した。なおこの物体は約６０００点の点群で構成されている。
【００３４】
次に、このＣＧデータをもとにホログラムを作成した。このホログラムからの再生像を図３に示しておく。なお、凹面鏡を介して表示される立体像は倒立するため、あらかじめホログラムには倒立反転処理が施してある。
【００３５】
図４は、本装置によって得られた再生像を示す図である。なお、本図における白線はそれぞれ凹面鏡Ａ（上側）、凹面鏡Ｂ（下側）の孔を意味する。この結果、再生像を立体像表示装置より大きく離した位置に表示させることができ、立体表示装置の表示面自体は視認できず、より観察者に立体感を感じさせることのできる三次元立体画像を表示することができる空中投影装置となっていることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、凹面鏡とホログラフィとを用いた立体動画像の空中投影装置として産業上利用可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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