テーブルの全周から観察できる
裸眼3Dディスプレイ技術
情報通信研究機構
ユニバーサルコミュニケーション研究所
情報利活用基盤総合研究室
主任研究員 吉田 俊介
2019年7月18日

テーブル型3Dディスプレイ fVisiOn
3Dメガネ不要、何人でも同時に観察可、テーブルの周囲360度

fVisiOn

カードゲーム風コンテンツの実装例
左視点

正面

机の上にモノが本当にあるかのように鏡でも反射
右視点

動画を含む詳細な情報：https://ucri.nict.go.jp/fvision/
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従来技術とその問題点(1)
入手が容易になったVR・MRデバイス(HMDなど)
問題点：利用時の不自然さ
いちいち装置を身に付けなければならない
ゴーグルが邪魔で相手の顔が見えない
みんなで一緒に場を共有している感覚が得にくい

よくある普段のコミュニケーション(これに3D映像を組み合わせたい)
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従来技術とその問題点(2)
空中像技術
空中の何かに投影、またはレンズや鏡で空中に結像
半透明スクリーン、煙、ハーフミラー、凸レンズ、放物面鏡、コーナリフレクタアレイ、再帰性反射材
利点：比較的安価、装着不要、多人数で観察コンサート、博物館、広告
問題点：見える像は元と同じもの（基本的に2次元）
3D表示するには実物か3Dディスプレイが必要①透過スクリーンや煙に投影
4②凹面鏡で空中に結像③凸レンズで前面に結像④特殊な鏡で空中に結像

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従来技術とその問題点(3)3Dテレビ、3D映画
商業技術としてすでに普及段階
問題点：3Dメガネの装着が必要、奥行きのみの立体感（視点を移動しても側面から見た映像は見えない）
従来技術の解決すべき課題
奥行きだけでなく全周360度から見える3D映像
特別なメガネなし、何人でも同時に体験可能
3Dディスプレイとしてテーブルのみが存在する
一般の人が「ホログラム映像だ」と思うものに近い体験
注意：本技術の名称は「ホログラム」ではありません（後述）5

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新技術の特徴（開発テーマ）
人にとって優しいコミュニケーションのためのツール
机を中心としたいろいろな作業を支援する3D映像技術
テーブルはみんなで協力する作業に都合が良い
写真や資料のように、3D映像も同じように扱いたい
360度から見える、メガネなし、何人でもいっしょに一般の人が「ホログラムだ」と思うような体験
普段使うテーブルと同じような利用形態

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新技術の特徴（実現した技術）
形態的な特徴3Dメガネ不要、人数不問、テーブルの周囲360度の観察
テーブル上の空間には一切の装置がない
新技術の実現法テーブルより下側で完結する3D映像を作り出す原理
斜め35度からの観察に限定して全周方向の光線を再現
高さ20cm程度までのものを再現するのに適した原理
等身大などはこの技術の対象外

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従来技術との比較
テレビ型（インテグラルTV、ライトフィールド方式）
視聴形態はテレビ的、正面から奥行きのある映像体験
体積型（ボリューム）ディスプレイ
ガラスケースの中に3D映像がある
装置が邪魔、フルカラー化困難
テレビ型
3Dプリンタ
時間がかかる、逐次更新できない
体積型テーブル型ディスプレイ（他方式）
機械駆動部分の騒音、フルカラー化困難
テーブル型
新技術
テーブル上に装置なし、フルカラー、リアルタイム更新
難点：大量のプロジェクタが必要（製造での工夫が必要）
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新技術の概要
水平面・円周方向に視差を提示する3DディスプレイHorizontal Parallax Only (HPO) 3D display
テーブルでの作業用途に特化した技術
光線像再生技術を着座での利用形態に最適化
テーブルの周囲にリング状の観察領域（視域）生成
表示装置はすべてテーブルの下側に隠蔽
テーブル上には邪魔な装置が一切ない
リング状の視域実現する上での技術課題
1. 視域の制御方法
2. 光学素子の製造方法
3. システムの実装方法
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National Institute of Information and Communications Technology基本原理（光線群で像を再生＋視域の最適化）
実際に机の上にモノがある状態＝物体表面が光を反射その状態と同じになるように光線群を再生する
究極的に等価なら再生像か実物があるのか区別できない
NICTの新技術：テーブル型光線像再生ディスプレイ
すり鉢型スクリーン＋大量のプロジェクタを円に配置
テーブルを取り囲む円状の領域にのみ光線を届ける技術
円環状の視域

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光線像再生（大量の光線で光の粒を再現）
物の表面＝光の粒
円周上のたくさんのプロジェクタ
色々な方向に向かう光線を大量に作る
テーブルの上で光線が交わる箇所＝光の粒が無数にできる光の粒から飛び出る色を計算
して光線に与える
すり鉢型の特殊なスクリーン
ななめ35度の周囲で見えるよ
うに光線が飛ぶ方向を整える
異方性拡散性能が必要
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たくさんのプロジェクタ

すり鉢型スクリーン周囲から見る

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NICTでの試作（既製品流用＋手作りレベル）
プロジェクタを円周方向に配列
直径90cmのテーブルの下に仕込まれている
市販の小型プロジェクタ（幅7mm）288台を利用24個ずつ並べたユニットを12台製造（可搬に）すり鉢型スクリーンはテーブル面直下に配置
半透明のアクリルプレートがテーブル面にある24台の LCOS
プロジェクタ✕12ユニット

すり鉢型スクリーン直径20cm

φ90cm

H70cm
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すり鉢型スクリーン（異方性拡散性能が必要）
大量の光線の飛行経路を制御する
円すいの側面に入る光線を垂直方向にだけ広げる
円周方向にはほとんど広げない
どうやったら実現できるか？
円すいの側面をレンズにする垂直方向に波状のレンズどうやったら作れるか？
釣り糸をまく
円錐表面を切削
ホログラム印刷
緑13

赤National Institute of Information and Communications Technology

光線群の計算方法（ライブラリ化済み）
各光線はそれぞれ別の目の位置に届く＝多重視点画像を作る必要がある
光線一本一本の経路をコンピュータで計算
4,600万本の光線情報を1秒間に60回計算
この光路ならどういう色になるか？を計算
膨大な計算を複数のPCで分散処理するフレー
ムワークをUnity*上にて実装済み
クリエータが容易にコンテンツ制作可能

再生する物体の形

一般的な透視画像

多重視点画像* Unityは、米国およびその他の国における Unity の登録商標または未登録商標です
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大量のプロジェクタを配列するノウハウ
目に映る像は複数のプロジェクタからの像の合成
物理的に正確に大量のプロジェクタを並べるのは困難
3Dプリンタで作製した台座にラフに配置しその後補正カメラを用いて誤差の状態を計測
誤差の状態をなくすように投影する画像側を修正
色温度と輝度も測定して均質化

補正前

Hardware-only alignment (consumed 1 day)

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補正後

Software calibration (a few min.)National Institute of Information and Communications Technology

「ホログラム」という言葉についての補足
SFやマンガで「ホログラム」と呼ばれている技術
空中に浮かんでいる立体的な映像を表示する技術
360度から見える（体積がある）、背景が透けて見える
本来の技術用語としてのホログラム
完全な光の情報を記録した媒体・物体の名称のこと
記録・再生する技術の名称はホログラフィ
光の波としての性質を完全に記録再生する技術
新技術(fVisiOn)の再生技術の名称
光を光線の単位で離散化して記録再生する技術
光線像再生、Light-field display
観察形態（テレビ的か360度からか）はまた別の話
ホログラフィでも光線像再生でも実装例がある
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技術と体験で分ける3D映像の種類
技術としての分け方
3D映像
波面で再生
光線で再生
光線数が大量
幾つかの視点
２つの視点のみ

ホログラフィ

情報・多fVisiOn
メガネなし3Dテレビ
3D映画、ゴーグルタイプVR
情報・少体験としての分け方
テレビのようにある方向からのみ観察（奥行きのみ）
置物を見るようにぐるっと周りから観察（見え方も変化）
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想定される用途
テーブルとしての利用、複数人、メガネなし3D映像
産業、教育、医療現場でのツール、広告メディア
最先端の娯楽（ゲーム、実況、eスポーツ等）、観光

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実用化に向けた課題
製造技術：手作り部分が多く画質・解像度が低い
これまでの研究で高品質化への道筋は判明済みコスト：大量のプロジェクタ・信号処理基板
イニシャルコストのハードル、製造コストが高め
ニーズ：普及前の技術につき利用イメージをつかみにくい① 現行試作機＋α程度での製品化
現行機の複製なら比較的容易、製造ノウハウあり② 原理の改善（プロジェクタ台数の削減など）
プロジェクタ台数の削減手段について実験中③ ニーズを開拓し実用化・事業化の流れを加速
まずは現行試作機ベースからでも具体例を見せるべきか
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解決案① 現行機ベースからの画質改善
画質の改善手段は確立済み、これまでに着実に進化
プロジェクタ台数が千台規模になるのが難点
画像サイズ２倍程度は光学再設計で達成可能（実験済み）
ただし大きくても20cm程度
5 cm

10 cm

第1試作機(2010年頃)
・手作り、ノイズあり
・100×100 画素相当
・視力換算：0.2程度

5 cm

10 cm

第2試作機(2015年秋）
・微細加工、ノイズなし
・400×400 画素相当
・視力換算：0.7程度

高解像度化実験(2018年）
・シミュレータ上で検討→プロジェクタ台数４倍に→600x600画素(視力1.0)等は投射レンズ変えるだけ ・実機上で再生像を検証
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解決案② 原理を改善して製品化容易にコスト・プロジェクタ台数の多さが製品化のネック
光学部品・プロジェクタ製造の技術で協力いただきたい一体型のプロジェクタを作れれば製品化に近づくか？
現在は1ユニットに24台の既製プロジェクタを配列
24台相当のプロジェクタを作れるようになれば有利
コストダウン、故障率低下、取り扱い容易
イニシャルコスト、製造台数計画などで相談
投射レンズも最適化すればより高解像度になる

異方性拡散スクリーンの製造技術候補は幾つかある
ナノ加工、ホロ印刷、型からUV樹脂転写
プロジェクタの台数は削減できる可能性あり
特許出願済み、現在予備実験中
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解決案③ ニーズ開拓で事業化の流れを加速
第2次試作機で実証コンテンツを作成して世間にアピール
CGコンテンツならUnity*で簡単に作れる状況
テーブルの周囲にはセンサ類を配置可能
テーブルに2D投影したりタブレットを仕込むなども可
実写は周囲から撮影＋光線像に変換（ツール開発済み）
コンテンツ制作・デモなどでのパートナー募集
試作機貸し出しも検討可
製品化を後押しするようなスキーム作りでの協力に期待
ニーズ、ユーザ発掘
製品化への道筋* Unityは、米国およびその他の国における Unity の登録商標または未登録商標です
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企業への期待① 試作機に＋αの改良を加えて製品化できる企業を求むパラメータ検討用のシミュレータは開発済み
現行機の複製なら比較的容易、製造ノウハウあり光学系再設計＋台数増加で高品質化は可能
コスト削減の知見、特注品での製品化に期待② 実用化に向けた共同研究が可能な技術力のある企業を求む
改善課題：像サイズ拡大、高画質化、コスト面
プロジェクタ台数の削減手段は特許出願・実験中③ ニーズ開拓、事業化の流れを加速するための仲間を求む
コンテンツ制作、広報的な活動の推進に期待
イニシャルコストを乗り越える特注品レベルから、より広いサービスインまでの道筋を作る活動に期待
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本技術に関する知的財産権
発明の名称
出願番号出願人発明者立体ディスプレイ
特願2017-141304
情報通信研究機構
吉田俊介

関連する権利化済み特許
特許5099554 立体ディスプレイ
特許5398015 立体ディスプレイおよび立体画像
提示方法
特許6060417 立体ディスプレイ
特許5187639 立体ディスプレイ
特許5943273 立体ディスプレイ
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産学連携の経歴
2008頃～
NICT単独で原理考案・第0次、第1次試作
学会・論文・Web等で成果公開
2011～2016
JST CREST事業に採択「多人数調和型情報提示技術における指向性のある情報投影の研究」（研究代表者・東京大学苗村健教授）
第2次試作（画質改善、インタラクティブ化、全周化）

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お問い合わせ先

情報通信研究機構
イノベーション推進部門
技術移転コーディネータ 西山 保
ＴＥＬ ０４２－３２７ － ６９５０
ＦＡＸ ０４２－３２７ － ６６５９e-mail ｉｐｐｏ＠ｍｌ.ｎｉｃｔ.ｇｏ.ｊｐ

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