(57)【要約】【課題】表示される映像が改良される立体映像を表示する発光の立体映像表示装置を提供する。【解決手段】表示対象物を水平面に傾斜した面で分割し、分割した各分割面での断面映像を複数の移動スクリーンａ１〜ａ７に映像投影手段５１より順次投影し、残像効果を利用して立体映像として表示する投影式立体映像表示装置であって、前記複数の移動スクリーンを駆動するスクリーン駆動手段５６により投影領域内の前記移動スクリーンを前記順次投影する投影方向に対して傾斜させた状態で上から下に平行移動させると共に、前記各位置での断面映像を前記映像投影手段５１と対向している前記移動スクリーンに所定間隔毎に順次投影する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象表示立体物を水平面に対し所定角度をなす面で等間隔に順次分割した各分割面に対して垂直方向から見た断面データを分割した順番に従って作成した投影画像データが供給される映像投影手段と、前記映像投影手段から前記投影画像データが投影領域に分割した順番に従って順次投影され、残像効果を利用した立体映像として表示される移動スクリーン手段とより構成される投影式立体映像表示装置であって、
前記移動スクリーン手段は、複数の移動スクリーンと、前記複数の移動スクリーンの一辺が等間隔に固定された環状ベルトと、前記環状ベルトがオーバル状に環回された回転体とより成り、
前記回転体を駆動するスクリーン駆動手段により前記投影領域内の前記移動スクリーンを前記投影方向に対して前記所定角度傾斜させて、前記対象表示立体物の分割面の傾斜と一致させた状態で上から下に連続して移動させ、前記移動スクリーンの移動軌跡が立体空間を形成するようにすると共に、前記投影画像データを前記映像投影手段と対向する前記移動スクリーンに所定時間毎に順次投影し、前記立体空間内に前記投影画像データを残像効果を生ぜしめる時間内に表示するようにしたことを特徴とする投影式立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示対象物を立体（３次元）映像として表示する投影式立体映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体映像を表示する従来の技術としては、２次元スクリーンに投影された２次元画像を特殊メガネ等を用いて見ることにより、３次元画像を生成したような効果を得るものがある。
代表的なものとしては、赤及び青に色分けされた映像を赤及び青のフィルタで出来たメガネをかけて見る方法や、偏光レンズを付けた映写機と偏光フィルタで出来たメガネとを利用する方法等がある。
【０００３】
また、特殊メガネを使用しないで立体表示する技術としては、特開平０５−２２７５４号公報や特開２００１−２５０３６号公報のように、回転スクリーンに投射する方法等がある。
【０００４】
従来の回転スクリーンに投射する投射式立体映像生成装置（特開平０５−２２７５４号公報）について以下に図と共に説明する。
図９は、従来の投射式立体映像生成装置の一例の概略構成を示した図である。
投射式立体映像生成装置９１は、中空回転軸１１０上に取り付けられた回転体１００と、中空回転軸１１０の下に設けられた発光表示器１２０と、その発光表示器１２０を駆動制御するマイクロコンピュータ１３０とよりなる。
【０００５】
回転体１００上にはすりガラス状の半透明回転スクリーン１０１が回転中心上に垂直に設けられている。
半透明回転スクリーン１０１の一方の面に映像９３を投影するようこの回転体１００内の周辺部に投影機１０２が設けられている。
【０００６】
発光表示器１２０に表示された映像９４は中空回転軸１１０の中に設けられた光学系１０３を介して投影機１０２に導かれる。
マイクロコンピュータ１３０は、発光表示器１２０上に表示される映像９４を制御する手段で、具体的には、回転体１００の各回転位置に対応した各表示映像９４を発光表示器１２０上に表示させるように制御する。
【０００７】
活用の仕方の一例として、表示したい立体表示対象物をその対象物の回転中心軸を通る垂直面で各所定角度毎に順次分割し、その対象物を分割した各断面映像を１８０度分マイクロコンピュータ１３０に記憶する。
そのマイクロコンピュータ１３０に記憶させた所定角度毎の各断面映像を回転体１００の半透明スクリーン１０１の所定の回転に対応させて投影機１０２よりその半透明スクリーン１０１の一面に順次投影し、それを繰り返し投影すると、残像効果により表示対象物の静止立体像を見ることが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特殊メガネを用いる方法では、観測者は特殊メガネをかける煩わしさがあると共に、赤及び青で色分けを行う方法ではカラー表示が難しく、偏光フィルタを用いる方法では、観測者が僅かでも顔を傾けると立体効果がなくなってしまうので、長時間の観測には不向きであった。
【０００９】
また、特殊メガネを使用しないで立体表示する、残像効果を利用する堆積走査法よって立体画像を表示する上記に説明した回転スクリーン方式による投影方法によれば、その回転スクリーンの回転軸付近で投影面が小さくなったり、回転軸から遠い部分では映像が薄く見えてしまったり、または投影機が回転円板と共に回転するので普通の投影機をそのまま利用出来ず複雑になってしまうという課題が生じていた。
【００１０】
図１０は図９に示した回転スクリーン１０１の回転軸１１０付近で投射面が小さくなる現象を説明するための図であり、観測を上から見ると観測者Ｍから見える範囲が狭くなっていることが判る。
図１１は図９に示した回転スクリーン１０１の回転軸１１０から遠い部分では映像が薄くなる現象を説明するための図であり、回転体１００上に設けられた半透明回転スクリーン１０１が生成する立体映像を視線が横切る距離が短くなるほど映像観測時間が短くなるため、観測者Ｍの視線Ａより視線Ｂの映像の方が薄く見えてしまうと考えられる
【００１１】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回転スクリーン１０１の回転軸１１０付近で投射面が小さくなる現象や回転スクリーン１０１の回転軸１１０から遠い部分では映像が薄くなる現象を、かかる回転軸１１０の周りに回転する回転スクリーン１０１を使用せずに改善することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、
請求項１に記載された発明は、
対象表示立体物を水平面に対し所定角度をなす面で等間隔に順次分割した各分割面に対して垂直方向から見た断面データを分割した順番に従って作成した投影画像データが供給される映像投影手段５１と、前記映像投影手段５１から前記投影画像データが投影領域に分割した順番に従って順次投影され、残像効果を利用した立体映像として表示される移動スクリーン手段５２とより構成される投影式立体映像表示装置であって、
前記移動スクリーン手段５２は、複数の移動スクリーン（ａ１〜ａ７）と、前記複数の移動スクリーンの一辺が等間隔に固定された環状ベルトｂ１と、前記環状ベルトがオーバル状に環回された回転体（ｄ１，ｄ２）とより成り、
前記回転体を駆動するスクリーン駆動手段５６により前記投影領域内の前記移動スクリーンを前記投影方向に対して前記所定角度傾斜させて、前記対象表示立体物の分割面の傾斜と一致させた状態で上から下に連続して移動させ、前記移動スクリーンの移動軌跡が立体空間を形成するようにすると共に、前記投影画像データを前記映像投影手段と対向する前記移動スクリーンに所定時間毎に順次投影し、前記立体空間内に前記投影画像データを残像効果を生ぜしめる時間内に表示するようにしたことを特徴とする投影式立体映像表示装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の投影式立体映像表示装置の実施の形態につき、好ましい実施例により、以下に図と共に説明する。
【００１４】
図１は本発明の投影式立体映像表示装置の一実施例を示したものである。
図１の実施例は、複数の移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）、スクリーン幅のベルト（ｂ１）、スクリーンの各上端を支持する支持部（ｃ１）、前記ベルト（ｂ１）を回転させる回転体（ｄ１），（ｄ２）、複数の移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）に映像を投影する映像投影装置５１、及び複数の移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）を駆動する移動スクリーン駆動装置５６より構成されている。
【００１５】
図１の移動スクリーン５２は移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）を後記するオーバル状に配置したベルト（ｂ１）にその一辺を固定し、それらの移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）を回転移動させる構成のものである。
【００１６】
オーバル状であれば、移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）が平行に移動する部分が有り、その平行に移動する部分を適切な映像の投影領域として確保することが出来る。
スクリーン幅のベルト（ｂ１）に移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の一辺（下端）をそれぞれ固定し、移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の傾斜はスクリーン（ａ１）〜（ａ７）の移動に伴いその傾斜を変えられるようになされている。
【００１７】
移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）はその高さと同じ長さを間隔として、複数枚（ここでは７枚）が等間隔になるように配置される。
外側の支持部（ｃ１）は各移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の各上端を支持する部材であり、透明の面を有する部材でも、左右の上端のみを支持するレール状の部材であってもよい。
【００１８】
回転体（ｄ１），（ｄ２）は、それぞれ、図示せぬモータ等により回転させられる回転体であって、オーバル状に環回配置されたベルト（ｂ１）を等速にモータ等により移動させる機構である。これにより、投影領域には連続して移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）が出現可能になる。
【００１９】
ここで、オーバル状とは、卵形（楕円）にやや類似した形で、円形を２等分して離間させ、その間に夫々所定の同じ長さの２線分を接続して出来上がる図１に示される（ｂ１）のベルトの断面の形状である。これは陸上競技場のトラツクに見られる平行な２直線部と半円形のコーナ部とを有する周回コースに類似した形状である。
【００２０】
なお、移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）が移動する、少なくとも投影領域には、移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）に近接してその移動移動スクリーンの外側の部材（ｃ１）の前面の投影領域に保護用固定透明板（ｇ１）を設けて、観測者Ｍが高速移動の移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の上端部に直接接触出来ないように安全上の配慮をしてある（図２参照）。
【００２１】
図３は、移動スクリーンの上端を手前側、下端を奥側に傾けて、上から下へ平行移動させる移動スクリーン装置５２を示したものである。
図３は、移動スクリーン装置５２の観測を上（図３（ａ））と横（図３（ｂ））から見たものを示したが、連続して移動する移動スクリーンの軌跡を表す立体が立方体を包含しているため、点線で示した観測者Ｍのどの視線でも同じ投影面と同じ観測時間を確保出来るものである。
【００２２】
この移動スクリーンを連続的に実現する実施例を挙げる。
移動スクリーンの軌跡を表す立体を常に確保する為には、下まで移動した移動スクリーンを瞬時に上に持って来なければならない。
【００２３】
そこで図４に示したように、移動スクリーンを複数枚用意し、順次実線の矢印で示されるように、移動スクリーンを上から下に移動すればよい。
移動のタイミングは、移動スクリーンの上端が投影領域の上端Ｕを通過したとき、次の移動スクリーンの下端が投影領域の上端Ｕに進入するようにする。
【００２４】
つぎに映像投影装置による移動スクリーンの一方の面への映像投影（投射）について、図５と共に説明する。
水平右方向をＸ軸、垂直上方向をＹ軸、奥行き方向をＺ軸とすると、各移動スクリーンが投影領域を通過して形成される投影立体は、
０≦Ｘ≦Ｘｍ、　０≦Ｙ≦Ｙｍ、　０≦Ｚ≦Ｚｍ
（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍは、投影立体の縦、横、奥行きの長さ）
で表せる。
【００２５】
また、一番下端に位置する移動スクリーンは、
Ｙ＝ａＺ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式１）
（ａは表示板の傾き）
となる。
【００２６】
移動スクリーンをＹ軸の負方向に移動させたものが移動スクリーンとなるので、これを移動速度（Ｖｚ）を用いて表すと、
Ｙ＝ａＺ＋Ｙｍ−Ｖｚ×ｔ　　　　　　　　　　（式２）
（ｔは時間）
となり、投影立体を通過する時間は、
０≦ｔ≦２×Ｙｍ／Ｖｚ
となる。
【００２７】
一方、移動スクリーンの一方の面に投影する映像は、ＮＴＳＣ方式のようなラスタスキャン方式を用いると、図６に矢印で示されるように上端から右方向に順次ラインスキャンして形成される。これは移動スクリーン上に現れるので、立体上にスキャンされて投影される。
【００２８】
これを連続的に行ったものが図７となる。
この時、移動スクリーンに表示される映像は、投影する立体をこの移動スクリーン面で切断した断面映像となる。
もし、立体が動画の場合でも、同様に投影立体中の動立体を（式２）により切断して、時間毎の断面映像とすればよい。
【００２９】
投影は、縦方向、横方向に対して映像更新が線形等速移動するので、置き換えられる。
移動スクリーン方式は、移動スクリーンは前後に傾斜させた状態で上から下方向に線形等速移動を行うので、このラスタスキャン方式の映像更新と同期を取りやすいという利点を有している。
【００３０】
投影式立体映像投影装置は高速に上から下に平行移動する各移動スクリーンの一方の面に対して表示対象物の各断面映像を所定間隔毎に断続的に順次投影することにより、残像効果を発生させて安定した立体画像を表示する（図１２、図１３参照）。
【００３１】
所定の速さで高速に上から下に平行移動する移動スクリーンの位置（高さ）に応じて投影する断面画像を更新していくことにより、種々の対象表示立体物の立体映像を表示する。
【００３２】
図１２、図１３は移動している、例えば移動スクリーン（ａ１）のｔ（１）〜ｔ（５）の所定間隔毎の時刻に対応させて移動スクリーン（ａ１）の各表示位置ｈ（１）〜ｈ（５）に映像投影装置５１より投影画像データが投影された対象表示立体物の各断面の映像ｐ（１）〜ｐ（５）をまとめて示した図である。
【００３３】
次の移動スクリーン（ａ２）のｔ（６）〜ｔ（１０）の所定間隔毎の時刻に対応させて移動スクリーン（ａ２）のｈ（１）〜ｈ（５）の各位置に前記対象表示立体物の各断面の投影画像データを投影させれば、各位置の同じ断面映像ｐ（１）〜ｐ（５）を投影出来る。
【００３４】
次の移動スクリーン（ａ３）〜（ａ７）に対しても前記対象表示立体物の各断面の投影画像データを所定間隔毎の時刻に投影させ続ければ移動スクリーンの各位置に同じ断面映像を投影出来る。
移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）を高速移動（回転）させて残像効果を生ぜしめる時間内に映像投影装置５１により投影させると、残像効果により前記対象表示立体物に対応する静止の立体映像として見ることが出来る。
【００３５】
映像投影装置５１の投影映像と移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の高速移動（回転）とを同期させると表示位置が固定され、表示対象物の立体映像はより見やすくなる。
移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）に投影させる映像を移動スクリーン（ａ１），（ａ２），（ａ３），．．．，（ａ７）毎に関連付けた映像を位置等を少し変えて投影すると動画の立体映像を見ることが出来る。
【００３６】
図１４は本発明の投影式立体映像表示装置のスクリーン制御装置の一実施例のブロック構成を示した図である。
図１４に示される実施例は、映像投影装置５１、移動スクリーン装置５２、同期信号分離装置５６Ａ、移動スクリーン制御装置５６Ｂ、移動スクリーン駆動装置５６Ｃ、スクリーン位置検出装置５６Ｄ、及びスクリーン速度検出装置５６Ｅより構成されている。
【００３７】
映像投影装置５１及び同期信号分離装置５６Ａには、画像供給装置５７を構成する映像再生装置５７Ａ及びコンピュータ５７Ｂの出力を切り換える信号切換え装置５８の出力が供給される。
【００３８】
ＶＴＲのような映像再生装置５７Ａからの映像やパーソナルコンピュータ５７Ｂにより作成されたコンピュータグラフィック映像を、信号切換え装置５８にてその何れかを選択し、映像投影装置５１及び同期信号分離装置５６Ａに供給する。
【００３９】
ここで、コンピュータ５７Ｂによる投影画像データの作成法について図と共に説明する。
このコンピュータ５７Ｂには、予め入力されている表示対象物の３次元画像データから移動スクリーンが平行移動する際の各高さ位置に対応する断面画像の２次元画像データを生成する処理を行うソフトウエアが組み込まれている。
【００４０】
立体映像投影装置５１と画像供給装置５７との間は、オンラインによるデータの授受が可能なものであるが、これに限らず、光磁気ディスク、メモリカード等の記録媒体を介してデータの授受も可能なものである。
【００４１】
図１５は表示対象物としての球体を分割してその２次元画像データを作成する為の説明図である。
ベース水平面に球体を設置してその球体を前記ベース水平面に対して所定角度傾斜させた面で等間隔に例えばｄ（１）〜ｄ（５）の分割位置で５分割する。５分割面で球体をコンピュータグラフィック処理して出来た球体の各断面画像ｐ（１）〜ｐ（５）を投影用に処理して順番にコンピュータ５７Ｂの図示していないメモリ装置に記憶する。
【００４２】
各５断面画像はそれぞれ投影用に投影スクリーンの傾斜角度を考慮したデータ処理等がなされて２次元の投影画像データとして順次記憶される。
図１６は表示対象物としての直方体についてその２次元画像データを作成する為の説明図であり、画像データの作成法は図１５の球体の場合と同様に処理される。
【００４３】
プロジェクタのような映像投影装置５１は、移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の一方の面に対して映像を投影する。
同期信号分離装置５６Ａは、入力された映像信号から、水平及び垂直同期信号を分離し、移動スクリーン制御装置５６Ｂに供給する。
【００４４】
移動スクリーン制御装置５６Ｂは各同期信号と、スクリーン位置検出装置５６Ｄとスクリーン速度検出装置５６Ｅとから得られた移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の位置と速度を基に、移動スクリーン駆動装置５６Ｃを制御し、映像投影装置５１の投影映像と移動スクリーン（ａ１）〜（ａ７）の同期を取る。
【００４５】
映像投影装置５１の投影画像データと移動スクリーン（ａ１）とは同期し、例えば投影画像データを順次移動スクリーン（ａ１）の各所定移動位置で投影する。投影画像データは各断面画像ｐ（１）〜ｐ（５）を投影用に演算処理した画像データである。
【００４６】
静止立体映像として見たい場合には次の移動スクリーン（ａ２）に対しても各断面画像ｐ（１）〜ｐ（５）を演算処理した画像データを順次移動スクリーン（ａ２）の各位置で投影する。以降の移動スクリーンに対しても同じ処理を行い投影する。こうすることで球体の静止立体映像を継続して観測者は見ることが出来る（図１２参照）。
【００４７】
２回目の可動移動スクリーン（ａ１）の各位置から図１６で処理して記憶されている直方体の画像データに切り換えて投影すれば、１回目は球体の静止立体映像を２回目は直方体の静止立体映像を観測者は見ることが出来る。
【００４８】
移動スクリーンには実際の各断面画像データが投影表示されるので、観測者が見る位置、角度を変えてもその変えた位置で全体の各断面画像を立体画像として見ることが出来るのが特徴である。
各断面画像データは対象表示立体物の全３次元のデータを持つ必要はなく、所定の分割位置での断面２次元データだけを作成して記憶させておくだけでよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の投影式立体映像表示装置によれば、特殊メガネを使用しないで立体表示する回転スクリーン投影装置の欠点である、投影面が小さくなったり、映像が薄くなったりする現象を上から下に移動する移動スクリーンを使用してなくすことが出来る。
【００５０】
また、本発明の投影式立体映像表示装置によれば、所定方向を上から下へ平行移動するようにすると平行移動スクリーンは移動スクリーンの移動量が線形関数となるので、上から下へスキャンするラスタスキャンのテレビジョン方式にて映像を投影する投影式立体映像表示装置にうまく適合する。
【００５１】
また、本発明の投影式立体映像表示装置によれば、映像投影装置は固定で使用出来、光学経路も従来の映像投影装置が利用出来るので、簡単な映像投影装置を使用して投影式立体映像表示装置を構築出来る。
【００５２】
また、本発明の投影式立体映像表示装置によれば、データは対象表示立体物の全部分の３次元のデータを持つ必要はなく、所定角度面で分割した分割面の断面２次元データを作成するだけでよいので作成データが少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影式立体映像表示装置の一実施例を示した図である。
【図２】本発明の投影式立体映像表示装置のオーバル状に配置されたスクリーンの一実施例を示した図である。
【図３】本発明の投影式立体映像表示装置の連続して移動する移動スクリーンを上及び横から見た図である。
【図４】本発明の投影式立体映像表示装置の平行移動スクリーンを連続的に実現する方法を説明するための図である。
【図５】投影立体と移動スクリーンとの関係を示す図である。
【図６】本発明で使用するラスタスキャン方式の投影を説明する為の図である。
【図７】本発明の投影式立体映像表示装置の投影立体と連続的に移動する移動スクリーンとの関係を示した図である。
【図８】本発明の投影式立体映像表示装置の移動スクリーンの位置と投影映像との関係を示した図である。
【図９】従来の投影式立体映像表示装置の回転スクリーンの一例を示した図である。
【図１０】従来の投影式立体映像表示装置の回転スクリーンの一例を上から見た図である。
【図１１】従来の投影式立体映像表示装置の回転スクリーンの一例を上から見た図である。
【図１２】本発明の投影式立体映像表示装置の移動スクリーンに表示される立体映像の一実施例を示した図である。
【図１３】本発明の投影式立体映像表示装置の移動スクリーンに表示される立体映像の他の実施例を示した図である。
【図１４】本発明の投影式立体映像表示装置のスクリーン制御装置の一実施例を示した図である。
【図１５】表示対象物として球体を分割してその分割面の２次元画像データを作成する方法を説明する為の図である。
【図１６】表示対象物として直方体を分割してその分割面の２次元画像データを作成する方法を説明する為の図である。
【符号の説明】
５１　映像投影装置（映像投影手段）
５２　移動スクリーン装置（移動スクリーン手段）
５６　移動スクリーン駆動装置（移動スクリーン駆動手段）
５６Ａ　同期信号分離装置
５６Ｂ　移動スクリーン制御装置
５６Ｃ　移動スクリーン駆動装置
５６Ｄ　スクリーン速度検出装置
５６Ｅ　スクリーン位置検出装置
５７　画像供給装置
５７Ａ　映像再生装置（ＶＴＲ）
５７Ｂ　コンピュータ
５８　信号切換え装置
Ａ，Ｂ　視線
Ｄ　投影領域の下端
Ｕ　投影領域の上端
Ｍ　観測者
ａ１〜ａ７　移動スクリーン
ｂ１　スクリーン幅の環状ベルト
ｃ１　スクリーンの上端を支持する支持部
ｄ１，ｄ２　回転体
ｇ１　固定透明板
ｈ（１）〜ｈ（５）　移動スクリーンａ１の各表示位置
ｐ（１）〜ｐ（５）　移動スクリーンａ１の対象表示立体物の各断面映像
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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