(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に空間像を表示する装置であって、
筐体と、
前記筐体の外部に配置され、プロジェクタからの投射光を投影する、透過率を可変に制御可能な１枚以上の透過率可変板と、
前記筐体の内部に配置され、前記透過率可変板に投影されている光を入射し、前記筐体の内部に空間像を形成させる光学素子と、を備え、
前記空間像の位置は、前記透過率可変板の透過率を制御することで制御され、
前記透過率可変板の背面であって前記筺体の外部に実体物が配置されることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項２】
前記プロジェクタは、前記透過率可変板の前面であって前記筺体の外部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の空間像表示装置。
【請求項３】
複数枚の前記透過率可変板が並列に配置され、
前記空間像の位置は、前記複数枚の透過率可変板のうちの１枚の透過率可変板の透過率を低くし、残りの透過率可変板の透過率を高くすることで制御されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の空間像表示装置。
【請求項４】
前記透過率の低い透過率可変板は、複数枚の中から、人間の目の時間分解能よりも短い間隔で切り替えられることを特徴とする、請求項３に記載の空間像表示装置。
【請求項５】
前記透過率の低い透過率可変板は、それぞれ異なるオブジェクトを投影することを特徴とする、請求項４に記載の空間像表示装置。
【請求項６】
前記透過率の低い透過率可変板は、それぞれ立体像を奥行き方向に分割した立体像に対応する映像を投影することを特徴とする、請求項４に記載の空間像表示装置。
【請求項７】
空間に空間像を表示する装置であって、
筐体と、
前記筐体の外部に配置され、映像出力装置から入力される映像を表示する、透過率を可変に制御可能な１枚以上の透過率可変板と、
前記筐体の内部に配置され、前記透過率可変板が発する光を入射し、前記筐体の内部に１以上の空間像を形成させる光学素子と、を備え、
前記空間像の位置は、前記透過率可変板と前記筐体との間の距離により定まり、
前記透過率可変板の背面であって前記筺体の外部に実体物が配置されることを特徴とする空間像表示装置。
【請求項８】
前記透過率可変板は、前記映像出力装置から入力される映像を表示するとともに、プロジェクタからの投射光を投影することを特徴とする、請求項７に記載の空間像表示装置。
【請求項９】
前記透過率可変板は、表示しているオブジェクトに重なるように前記プロジェクタの投射光を投影することを特徴とする、請求項８に記載の空間像表示装置。
【請求項１０】
筐体内の空間に空間像を表示する空間像表示方法であって、
前記筐体の外部に配置された１枚以上の透過率可変板の背面に実体物を配置するステップと、
プロジェクタにより、投射光を投射するステップと、
前記透過率可変板により、前記投射光を投影するステップと、
前記筐体の内部に配置された光学素子により、前記透過率可変板に投影された光を入射し、前記筐体の内部に空間像を形成させるステップと、
前記透過率可変板の透過率を制御して前記空間像の位置を制御するステップと、
を含むことを特徴とする空間像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間像を表示する空間像表示装置及び空間像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像を表示するディスプレイが発する光を光学素子を用いて反射させることにより空間像を表示する空間像表示装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、表示される空間像の奥行きを表現するために、映像を表示するディスプレイを機械的に上下に移動させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「複合現実感システムのための空中像と実物体の位置合わせ」、電子情報通信学会、２０１４年６月
【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、非特許文献１に記載の手法では、ディスプレイを機械的に移動させるためのアクチュエータが必要となるため、装置の小型化が困難であった。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の奥行きを有する空間像を表示することが可能な小型の空間像表示装置及び空間像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る空間像表示装置の第１の態様は、空間に空間像を投影する装置であって、筐体と、前記筐体の外部に配置され、プロジェクタからの投射光を投影する、透過率を可変に制御可能な１枚以上の透過率可変板と、前記筐体の内部に配置され、前記透過率可変板に投影されている光を入射し、前記筐体の内部に空間像を形成させる光学素子と、を備え、前記空間像の位置は、前記透過率可変板の透過率を制御することで制御され、前記透過率可変板の背面であって前記筺体の外部に実体物が配置されることを特徴とする。また、本発明に係る空間像表示装置の第２の態様は、空間に空間像を表示する装置であって、筐体と、前記筐体の外部に配置され、映像出力装置から入力される映像を表示する、透過率を可変に制御可能な１枚以上の透過率可変板と、前記筐体の内部に配置され、前記透過率可変板が発する光を入射し、前記筐体の内部に１以上の空間像を形成させる光学素子と、を備え、前記空間像の位置は、前記透過率可変板と前記筐体との間の距離により定まり、前記透過率可変板の背面であって前記筺体の外部に実体物が配置されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る空間像表示方法は、筐体内の空間に空間像を表示する空間像表示方法であって、前記筐体の外部に配置された１枚以上の透過率可変板の背面に実体物を配置するステップと、プロジェクタにより、投射光を投射するステップと、前記透過率可変板により、前記投射光を投影するステップと、前記筐体の内部に配置された光学素子により、前記透過率可変板に投影された光を入射し、前記筐体の内部に空間像を形成させるステップと、前記透過率可変板の透過率を制御して前記空間像の位置を制御するステップと、を含むことを特徴とする。 
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空間像の奥行き表現を、装置を大型化することなく実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置を備え、リアプロジェクタを用いる空間像表示システムの構成例を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置を備え、フロントプロジェクタを用いる空間像表示システムの構成例を示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置による、同一の空間像を異なる位置に表示させる動作を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置による、異なる空間像を異なる位置に表示させる動作を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置による、立体像を表示させる動作を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの変形例を示す側面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置の第２の構成例の動作を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの構成例を示す側面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る空間像表示装置の動作を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの構成例を示す側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る空間像表示装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの構成例を示す側面図である。図１に示す例では、空間像表示システム１は、本発明の第１の実施形態に係る空間像表示装置１０ａと、プロジェクタ２０と、映像出力装置３０とを備える。空間像表示装置１０ａは、筐体１１と、光学素子１２と、１枚以上のスクリーン１３（透過率可変板）と、制御部１４とを備える。
【００１２】
空間像表示装置１０ａは、スクリーン１３に表示された像の空間像を観察者１００に対して視認させる装置である。
【００１３】
筐体１１は、角筒状に成形されており、観察者１００が内部を観察できるように一方の端部１１ａに開口が設けられる。また、筐体１１のスクリーン１３と対向する面１１ｂは、スクリーン１３からの光を入射できるように開口が設けられる。なお、該開口は透明な部材で塞いだり覆ったりしてもよい。
【００１４】
スクリーン１３は、透過率を制御可能なスクリーンとする。例えば電圧を印加しないと透過率が低く、電圧を印加すると透過率が高くなる液晶フィルムを用いることができる。透過率が低い状態ではスクリーン１３は乳白色となるため、プロジェクタ２０からの投射光（投射映像）を投影することができる。スクリーン１３は、筐体１１の外部に１枚以上配置される。
【００１５】
映像出力装置３０は、例えばＰＣであり、プロジェクタ２０に対して映像を出力する。
【００１６】
プロジェクタ２０は、映像出力装置３０から入力される映像を、スクリーン１３に対して投射する。プロジェクタ２０は図１に示すようにスクリーン１３の背面に配置されるリアプロジェクタであってもよいし、スクリーン１３の前面に配置されるフロントプロジェクタであってもよい。
【００１７】
なお、スクリーン１３の透過率を低く設定したときに、該透過率が極めて低い場合にはスクリーン１３は黒色となる。そのような場合には、スクリーン１３の背面にプロジェクタ２０を配置すると、透過率の低い（すなわち、不透過の）スクリーン１３で光が遮られてしまうため、図２に示すようにプロジェクタ２０をフロントプロジェクタとする必要がある。図２に示す例では、スクリーン１３−２が制御部１４−２により透過率を低く制御され、スクリーン１３−１，１３−３がそれぞれ制御部１４−１，１４−３により透過率を高く制御されている状態を示している。
【００１８】
制御部１４は、電圧をオン／オフするなどにより、スクリーン１３の透過率を制御する。なお、制御部１４は映像出力装置３０が備えるようにしてもよい。また、１つの制御部１４が複数枚のスクリーン１３の透過率を制御するようにしてもよい。
【００１９】
光学素子１２は、例えば透明板又はハーフミラーであり、筐体１１の内部に配置される。光学素子１２は、観察者１００側に向かって略４５度傾斜して設けられ、スクリーン１３に投影されている光（映像）を入射し、観察者１００に向かう方向に反射することにより、虚像の空間像を形成する。なお、光学素子１２がマイクロミラーアレイを用いた実像鏡である場合には、光学素子１２は、観察者１００側から遠ざかる方向に略４５度傾斜して設けられ、スクリーン１３に投影されている光（映像）を入射し、観察者１００に向かう方向に反射することにより、実像の空間像を形成する。このような光学素子１２を設けることにより、筐体１１の内部の空間に空間像を表示することができる。
【００２０】
つぎに、空間像表示装置１０ａの同一の空間像を異なる位置に表示させる動作について、図３を参照して説明する。ここでは２枚のスクリーン１３−１，１３−２を、観察者１００から見て筐体１１の下部に並列に配置する例について説明する。図３（ａ）は観察者１００に対して手前側に空間像を表示させる場合の空間像表示システム１の構成例を示す側面図であり、図３（ｂ）は観察者１００に対して手前側に空間像を表示させる場合の、観察者１００により観察される空間像を示す図である。図３（ｃ）は観察者１００に対して奥側に空間像を表示させる場合の空間像表示システム１の構成例を示す側面図であり、図３（ｄ）は観察者１００に対して奥側に空間像を表示させる場合の、観察者１００により観察される空間像を示す図である。
【００２１】
観察者１００に対して手前側に空間像を表示させる場合には、図３（ａ）に示すように、制御部１４−１はスクリーン１３−１の透過率が低くなるように制御し、制御部１４−２はスクリーン１３−２の透過率が高くなるように制御する。図３（ａ）においてスクリーン１３−２の点線は、スクリーン１３−２の透過率がスクリーン１３−１の透過率よりも高いことを意味している。スクリーン１３−２の透過率を高くすることにより、プロジェクタ２０から投射される映像（オブジェクトＡ）は、スクリーン１３−２を透過してスクリーン１３−１に投影される。スクリーン１３−１に投影された光は光学素子１２に入射される。
【００２２】
光学素子１２は、スクリーン１３−１に投影されている光を観察者１００に向かう方向に反射する。スクリーン１３−１が筐体１１と距離を設けず接するように配置されている場合には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、オブジェクトＡに対応する空間像Ａ’は、筐体１１のスクリーン１３−１に対する対向面１１ｂと光学素子１２との接点（基点）を含み、対向面１１ｂと垂直な空間平面に表示される。
【００２３】
一方、観察者１００に対して奥側に空間像を表示させる場合には、図３（ｃ）に示すように、制御部１４−１はスクリーン１３−１の透過率が高くなるように制御し、制御部１４−２はスクリーン１３−２の透過率が低くなるように制御する。図３（ｃ）においてスクリーン１３−１の点線は、スクリーン１３−１の透過率がスクリーン１３−２の透過率よりも高いことを意味している。スクリーン１３−１の透過率を高くすることにより、プロジェクタ２０によりスクリーン１３−２に投影された光はスクリーン１３−１を透過し、光学素子１２に入射される。
【００２４】
光学素子１２は、スクリーン１３−２に投影されている光を観察者１００に向かう方向に反射する。スクリーン１３−２がスクリーン１３−１から距離Ｄだけ筐体１１から遠ざかる方向に配置されている場合には、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、図３（ａ）（ｂ）の場合と比較して距離Ｄだけ後方の空間平面にオブジェクトＡに対応する空間像Ａ’が表示される。
【００２５】
このようにして、光学素子１２は、複数枚のスクリーン１３のうちの１枚のスクリーンの透過率を低くし、残りのスクリーンの透過率を高くすることで、空間像の位置を制御する。複数のスクリーン１３のうち透過率を低く制御されたものをスクリーン１３−ｎとすると、空間像の位置は、筐体１１のスクリーン１３に対向する面から、スクリーン１３−ｎまでの距離により定義される。
【００２６】
つぎに、空間像表示装置１０ａによる、異なる空間像を異なる位置に表示させる動作について、図４を参照して説明する。この例では筐体１１に近い順にスクリーン１３−１，１３−２，１３−３の３枚のスクリーン１３を配置し、このうちの１枚のスクリーンのみ透過率を低く制御する。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、スクリーン１３−１の透過率が低く制御された場合には、プロジェクタ２０から投射されるオブジェクトＡをスクリーン１３−１に投影する。スクリーン１３−２の透過率が低く制御された場合には、プロジェクタ２０から投射されるオブジェクトＢをスクリーン１３−２に投影する。スクリーン１３−３の透過率が低く制御された場合にはプロジェクタ２０から投射されるオブジェクトＣをスクリーン１３−３に投影する。プロジェクタ２０はオブジェクトＡ，Ｂ，Ｃを同時に投射してもよいし、透過率が低く制御されたスクリーン１３に投影させるオブジェクトのみを投影するようにしてもよい。
【００２８】
制御部１４は透過率の低いスクリーン１３を複数枚の中から連続して切り替える（選択する）ようにしてもよい。例えば、時刻ｔではスクリーン１３−１のみ透過率を低くし、時刻ｔ＋１ではスクリーン１３−２のみ透過率を低くし、時刻ｔ＋２ではスクリーン１３−３のみ透過率を低くし、時刻ｔ＋３ではスクリーン１３−２のみ透過率を低くし、時刻ｔ＋４ではスクリーン１３−１のみ透過率を低くするというように、透過率の低いスクリーン１３を任意の順序で切り替える。
【００２９】
ここで、制御部１４が透過率の低いスクリーン１３を人間の目の時間分解能よりも短い間隔で連続して切り替えることによって、観察者１００に残像効果により複数のレイヤの重なったオブジェクトを知覚させ、あたかも一度に複数のレイヤを表示しているように見せることができる。つまり、図４（ａ）に示す各スクリーン１３の透過率を高速に制御すると、図４（ｂ）に示すように、観察者１００に対して手前のレイヤにオブジェクトＡの空間像Ａ’を知覚させ、真ん中のレイヤにオブジェクトＢの空間像Ｂ’を知覚させ、奥のレイヤにオブジェクトＣの空間像Ｃ’を知覚させることができる。なお、人間の目の時間分解能は約５０ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。
【００３０】
つぎに、空間像表示装置１０ａによる、立体の空間像（立体像）を表示させる動作について、図５を参照して説明する。この例では筐体１１に近い順にスクリーン１３−１，１３−２，１３−３の３枚のスクリーン１３を配置し、このうちの１枚のスクリーンのみ透過率を低く制御する。
【００３１】
図５（ａ）示す立体像を表示させる場合、スクリーン１３の数に応じて該立体像を奥行き方向に分割する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、スクリーン１３の数が３枚の場合には立体像を奥行き方向に３分割して立体像ａ，ｂ，ｃとする。そして、図５（ｃ）に示すように、スクリーン１３−１の透過率が低く制御された場合には、プロジェクタ２０から投射される、立体像ａに対応する映像Ａをスクリーン１３−１に投影する。スクリーン１３−２の透過率が低く制御された場合には、プロジェクタ２０から投射される、立体像ｂに対応する映像Ｂをスクリーン１３−２に投影する。スクリーン１３−３の透過率が低く制御された場合には、プロジェクタ２０から投射される、立体像ｃに対応する映像Ｃをスクリーン１３−３に投影する。
【００３２】
ここで、制御部１４が透過率の低いスクリーン１３を人間の目の時間分解能よりも短い間隔で連続して切り替えることによって、観察者１００に残像効果により断面図がつながるように知覚させ、あたかも体積の有る立体像を表示しているように見せることができる。つまり、図５（ｃ）に示す各スクリーン１３の透過率を高速に制御すると、図５（ｄ）に示すように、観察者１００に対して手前のレイヤに映像Ａの空間像Ａ’を知覚させ、真ん中のレイヤに映像Ｂの空間像Ｂ’を知覚させ、奥のレイヤに映像Ｃの空間像Ｃ’を知覚させることができる。なお、立体像を表示させる場合には、透過率の低いスクリーン１３を、スクリーン１３の配置順に切り替えるのが好適である。
【００３３】
つぎに、空間像表示システム１の変形例について説明する。図６は、空間像表示システム１の変形例である空間像表示システム１’を示す側面図である。空間像表示システム１’は、空間像表示装置１０ａ’と、プロジェクタ２０と、映像出力装置３０とを備え、スクリーン１３を１枚とし、スクリーン１３の背面に実物体４０を配置し、スクリーン１３の前面にプロジェクタ２０を配置する。
【００３４】
図７は、空間像表示装置１０ａ’の動作を説明する図である。図７（ａ）に示すように、制御部１４がスクリーン１３の透過率が低くなるように制御すると、プロジェクタ２０から投射される光は反射して光学素子１２に入射される。したがって、図７（ａ）に示すように、プロジェクタ２０から投射される映像（オブジェクトＡ）に対応する空間像Ａ’が表示される。空間像Ａ’の表示位置は、上述した空間像表示装置１０ａと同様である。
【００３５】
一方図７（ｂ）に示すように、プロジェクタ２０が投射を停止し、制御部１４がスクリーン１３の透過率が高くなるように制御すると、実物体４０が反射する光がスクリーン１３を透過して光学素子１２に入射される。したがって、図７（ｂ）に示すように、空間像Ａ’から距離Ｄだけ後方に実物体４０に対応する空間像４０’が表示される。
【００３６】
上述したように、第１の実施形態に係る空間像表示装置１０ａ，１０ａ’は、筐体１１と、筐体１１の外部に配置され、プロジェクタ２０からの投射光を投影する、透過率を可変に制御可能な１枚以上のスクリーン（透過率可変板）１３と、筐体１１の内部に配置され、スクリーン１３に投影されている光を入射し、筐体１１の内部に空間像を形成させる光学素子１２とを備え、空間像の位置は、スクリーン１３の透過率を制御することで制御される。このため、空間像表示装置１０ａ，１０ａ’は複数の奥行きを有する空間像を表示することができる。また、電気的な特性制御のみで擬似的にスクリーン１３の移動を実現することができるため、スクリーン１３を機械的（物理的）に移動させるためのアクチュエータが不要となり、装置を小型化することができる。
【００３７】
また、複数枚のスクリーン１３を並列に配置し、複数枚のスクリーン１３のうちの１枚の透過率を低くし、残りの透過率を高くすることにより、空間像の位置を制御することができる。すなわち、スクリーン１３の透過率を切り替えることで、擬似的にスクリーンの移動を実現することができるため、筐体１１内に表示される空間像を高速かつ非連続に、観察者１００から見て前後に移動させることができる。なお、スクリーン１３の枚数を増やすことで、空間像の滑らかな前後移動が可能となる。
【００３８】
さらに、透過率の低いスクリーン１３を、複数枚の中から、人間の目の時間分解能よりも短い間隔で切り替えることにより、残像効果を得ることができる。そのため、観察者１００に対して、複数レイヤの重なったオブジェクトを知覚させたり、立体像を知覚させたりすることが可能となる。
【００３９】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る空間像表示装置について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの構成例を示す側面図である。図８に示す例では、空間像表示システム２は、本発明の第２の実施形態に係る空間像表示装置１０ｂと、映像出力装置３０とを備える。空間像表示装置１０ｂは、筐体１１と、光学素子１２と、複数枚のディスプレイ（透過率可変板）１５とを備える。第１の実施形態と同一の構成には同一の参照番号を付して適宜説明を省略する。
【００４０】
映像出力装置３０は、例えばＰＣであり、ディスプレイ１５に映像を表示させるためにディスプレイ１５を制御する。
【００４１】
ディスプレイ１５は、映像出力装置３０の制御に基づいて、色及び透過率を、画素又は矩形単位で制御可能なシースルータイプのディスプレイ（シースルーディスプレイ）とする。ディスプレイ１５は、筐体１１の外部に複数枚配置される。ここでは２枚のディスプレイ１５−１，１５−２を観察者１００から見て筐体１１の下部に配置する例について説明する。
【００４２】
光学素子１２は、例えばハーフミラーであり、筐体１１の内部に設けられる。光学素子１２は、観察者１００側に向かって略４５度傾斜して設けられ、ディスプレイ１５が発する光を入射し、観察者１００に向かう方向に反射する。
【００４３】
つぎに、空間像表示装置１０ｂの動作について、図９を参照して説明する。図９（ａ）は観察者１００に対して空間像を表示させる場合の空間像表示システム２の構成例を示す側面図であり、図９（ｂ）はディスプレイ１５−１，１５−２が表示するオブジェクトを示す図であり、図９（ｃ）は観察者１００により観察される空間像を示す図である。
【００４４】
映像出力装置３０は、図９（ｂ）に示すように、ディスプレイ１５−１にオブジェクトＡを表示させ、ディスプレイ１５−２にオブジェクトＢを表示させる。このとき、ディスプレイ１５−１はオブジェクトＡのみを表示するように透過率が制御され、オブジェクトＡを表示する画素以外の画素は全て透過率が高くなるように制御される。また、ディスプレイ１５−２はオブジェクトＢのみを表示するように透過率が制御され、オブジェクトＢを表示する画素以外の画素は全て透過率が高くなるように制御される。
【００４５】
光学素子１２は、ディスプレイ１５−１が発する光を入射し、観察者１００に向かう方向に反射する。ディスプレイ１５−１が筐体１１と距離を設けずに接するように配置されている場合には、図９（ａ）に示すように、オブジェクトＡに対応する空間像Ａ’は、筐体１１のディスプレイ１５−１に対する対向面と光学素子１２との接点（基点）を含み、該対向面と垂直な空間平面に表示される。
【００４６】
また、光学素子１２は、ディスプレイ１５−２が発する光を入射し、観察者１００に向かう方向に反射する。ディスプレイ１５−２がディスプレイ１５−１から距離Ｄだけ筐体１１から遠ざかる方向に配置されている場合には、図９（ａ）（ｃ）に示すように、オブジェクトＡの空間像から距離Ｄだけ後方にオブジェクトＢの空間像が形成される。
【００４７】
上述したように、第２の実施形態に係る空間像表示装置１０ｂは、筐体１１と、筐体１１の外部に配置され、映像出力装置３０から入力される映像を表示する、透過率を可変に制御可能な１枚以上のディスプレイ（透過率可変板）１５と、筐体１１の内部に配置され、ディスプレイ１５が発する光を入射し、筐体１１の内部に１以上の空間像を形成させる光学素子１２とを備え、空間像の位置は、ディスプレイ１５と筐体１１との間の距離により定まる。このため、第１の実施形態に係る空間像表示装置１０ａ，１０ａ’では残像効果を利用することなく一度に表示できる空間像のレイヤ数は１つだけであったが、第２の実施形態に係る空間像表示装置１０ｂでは一枚の光学素子１２に対して複数レイヤの空間像を表示することができる。ディスプレイ１５の枚数ｎを多くすることにより、より多くの奥行き情報を持つ空間像を同時に表示することができる。
【００４８】
また、空間像表示装置１０ｂは、ディスプレイ１５−１にのみオブジェクトを表示させた後、ディスプレイ１５−２にのみ該オブジェクトを表示させることにより、空間像表示装置１０ａ，１０ａ’と同様に、空間像を高速かつ非連続に、観察者１００から見て前後に移動させることができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
つぎに、本発明の第３の実施形態に係る空間像表示装置について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る空間像表示装置を備える空間像表示システムの構成例を示す側面図である。図１０に示す例では、空間像表示システム３は、空間像表示装置１０ｃと、プロジェクタ２０と、映像出力装置３０とを備える。空間像表示装置１０ｃは、筐体１１と、光学素子１２と、複数枚のディスプレイ（透過率可変板）１５とを備える。第２の実施形態と同一の構成には同一の参照番号を付して適宜説明を省略する。
【００５０】
映像出力装置３０は、例えばＰＣであり、ディスプレイ１５に映像を表示させるためにディスプレイ１５を制御する。また、映像出力装置３０は、ディスプレイ１５に表示させる映像をプロジェクタ２０に出力する。
【００５１】
空間像を鮮明に映すためには、空間像に対応する映像の光量を増やす必要があるが、ディスプレイ１５を複数枚並列に配置すると、筐体１１から離れた位置にあるディスプレイ１５ほど、光学素子１２に入射される光が減衰してしまう。そこで、本実施形態では、光量を増加させるためにプロジェクタ２０をディスプレイ１５の背面に配置する。
【００５２】
プロジェクタ２０は、ディスプレイ１５に対して、ディスプレイ１５に表示されるオブジェクトに形状を合わせて白色光又はオブジェクトと同色の光を投射する。これにより、ディスプレイ１５に表示されたオブジェクトが発する光量を増加させることができる。
【００５３】
ディスプレイ１５は、色及び透過率を画素又は矩形単位で制御可能なシースルータイプのディスプレイ（シースルーディスプレイ）とする。あるいは、ディスプレイ１５は、透過率を画素又は矩形単位で制御可能であるが、色を表現できないものであってもよく、その場合には、プロジェクタ２０はオブジェクトに合わせた色の光を投射する。
【００５４】
なお、プロジェクタ２０は複数であってもよく、その場合は複数のプロジェクタ２０が同一箇所に光を投射することにより、さらにディスプレイ１５が発する光量を増加させることができる。また、プロジェクタ２０は、筐体１１から距離が離れているディスプレイほど、該ディスプレイのオブジェクトに投射する光量を大きくするようにしてもよい。
【００５５】
つぎに、空間像表示装置１０ｃの動作について、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は観察者１００に対して空間像を表示させる場合の空間像表示システム３の構成例を示す側面図であり、図１１（ｂ）はディスプレイ１５−１，１５−２が表示するオブジェクトを示す図であり、図１１（ｃ）は観察者１００により観察される空間像を示す図である。
【００５６】
映像出力装置３０は、図１１（ｂ）に示すように、ディスプレイ１５−１にオブジェクトＡを表示させ、ディスプレイ１５−２にオブジェクトＢを表示させる。このとき、ディスプレイ１５−１はオブジェクトＡのみを表示するように透過率が制御され、オブジェクトＡを表示する画素以外の画素は全て透過率が高くなるように制御される。また、ディスプレイ１５−２はオブジェクトＢのみを表示するように透過率が制御され、オブジェクトＢを表示する画素以外の画素は全て透過率が高くなるように制御される。
【００５７】
さらに、プロジェクタ２０は、ディスプレイ１５−１に対して、光をディスプレイ１５−１が表示するオブジェクトＡに重なるように形状を合わせて投影する。また、プロジェクタ２０は、ディスプレイ１５−２に対して、光をディスプレイ１５−２が表示するオブジェクトＢに重なるように形状を合わせて投影する。このようにすることで、図１１（ｃ）に示すように、観察者１００は鮮明な空間像を観察することができる。
【００５８】
上述したように、第３の実施形態に係る空間像表示装置１０ｃは、ディスプレイ１５が映像出力装置３０から入力される映像を表示するとともに、プロジェクタ２０からの投射光を投影する。そのため、空間像表示装置１０ｃでは、空間像が表現できるダイナミックレンジの幅を広げ、空間像を白飛びさせることなく鮮明に表示することができるようになる。特に、ディスプレイ１５は、表示しているオブジェクトに重なるようにプロジェクタ２０の投射光を投影するのが好適である。また、プロジェクタの台数を増やすことで容易に空間像の光量を上げることもできる。なお、ディスプレイ１５の枚数を１枚とし、同一箇所に鮮明な空間像を表示させてもよいのは勿論である。
【００５９】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、第１の実施形態において、スクリーン１３の代わりに、透過率を画素又は矩形単位で制御可能なシースルータイプのディスプレイ１５を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，１’，２，３，４  空間像表示システム
１０ａ，１０ａ’，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  空間像表示装置
１１  筐体
１２  光学素子
１３  スクリーン（透過率可変板）
１４  制御部
１５  ディスプレイ（透過率可変板）
２０  プロジェクタ
３０  映像出力装置
４０  実物体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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