JP2010032952A - 立体ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が特別な装置を装着することなく、かつ作業空間を阻害する装置を必要とせずに、任意の数の観察者が周囲の任意の位置から観察することができる立体画像を提示する立体ディスプレイを提供することである。
【解決手段】光線制御子１は、円錐台形状を有し、大径の底部開口が上方を向くように天板５１の円形孔部に嵌め込まれる。光線制御子１は、光線を稜線方向において拡散させつつ透過させ、円周方向において拡散させずに直線状に透過させる。テーブル５の下方には、複数の走査型プロジェクタ２が光線制御子１の軸を中心とする円周上に配置されている。各走査型プロジェクタ２は、光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させる。制御装置３は、記憶装置４に記憶される立体形状データに基づいて複数の走査型プロジェクタ２を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像を提示する立体ディスプレイに関する。

テーブルの周囲に複数の人が集い、共同作業をする場面が多々見られる。テーブルを共同作業するためのツールとみなし、このツールを用いた共同作業をコンピュータを使用して支援する種々の研究が行われている。例えば、ＣＳＣＷ（Computer Supported Cooperative Work：コンピュータ支援協調作業）およびグループウェアの研究が挙げられる。

テーブル上の作業をデジタル化することの利点としては、作業の過程を電子的に記録できたり、遠隔地間での情報の共有ができる等が挙げられる。従来の研究で表示される画像はテーブルにプロジェクタで投影されるか、またはテーブル自体がＬＣＤ（液晶表示装置）等のディスプレイからなる。いずれの場合も二次元の平面画像が表示される。

このような平面画像では、書類のような情報しか提示できず、立体的な三次元形状の情報は提示できない。また、単一の平面画像を表示した場合、テーブルを取り囲む人の位置によっては情報が逆になるため、非常に見にくい。

前者の課題を解決するために、人に特殊な眼鏡を装着させて平面画像を立体視をさせる方法が提案されている。しかしながら、この方法では、人の位置を追跡しつつ平面画像を表示する必要があるので、参加人数が制限されたり、眼鏡の装着の違和感があるため、自然な立体画像の観察にはほど遠い。

後者の課題を解決するために、テーブルの上面を特殊なスクリーンで構成することにより、四角いテーブルの４方向の観察者にそれぞれ異なる画像を提供するシステムが提案されている。この場合、４方向に平面画像が提示されるので、画像の立体視のためには、別途特殊な眼鏡が必要になる。

また、複数のＣＲＴ（陰極線管）映像表示装置、複数の光路折り返しミラーおよび複数の凸レンズを円環状に並べることにより、複数の方向から画像を見ることが可能な複数方向実像表示装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この複数方向実像表示装置においても、複数のＣＲＴ映像表示措置により複数の平面画像を表示しているに過ぎない。

一方、ディスプレイに映された像を、レンズによるリレー光学系で空中に結像させたり、ハーフミラーで背景と混在させるシステムも提案されている。このようなシステムによると、像が空中に浮かんで見えるので、擬似的な立体感を得ることができる。しかしながら、提示されるのは二次元の平面画像であるため、十分な立体感が得られない。また、画像を観察することができる位置は特定の視点位置に限定される。したがって、気軽に複数人が画像を観察できない。

また、回転する円盤または前後方向に移動する板からなるスクリーンに画像を投影することにより、擬似的な空間像を再現する方式も提案されている。この方式では、裸眼で複数人が擬似的な立体画像を共有することができる。しかしながら、立体画像をテーブル上に提示するためには、上記のようなスクリーンをテーブル上に配置する必要がある。その場合、テーブル上の作業空間が制限される。
特開２００３−１５０８１号公報

上記のように、テーブル上での共同作業を支援するための立体ディスプレイにおいては、複数の人が制限なく気軽に共同作業に参加できるように眼鏡または視線追跡システム等の特別な装置を装着することなく、自然な裸眼で立体画像を観察可能であることが望まれる。また、３６０度の周囲の位置からテーブル上を見た場合に適切な空間位置に立体画像が提示されることが望まれる。さらに、観察位置が特定の視点位置に制限されないことが望まれる。また、テーブル等の作業面上に作業を阻害する装置が不要であることが望まれる。

本発明の目的は、観察者が特別な装置を装着することなく、かつ作業空間を阻害する装置を必要とせずに、任意の数の観察者が周囲の任意の位置から観察することができる立体画像を提示する立体ディスプレイを提供することである。

（１） 本発明に係る立体ディスプレイは、立体形状データに基づいて立体画像をその少なくとも一部が所定の基準面上の空間に位置するように提示するための立体ディスプレイであって、錐体形状または柱体形状を有するとともに錐体形状または柱体形状の底部が基準面上に開口するように配置される光線制御子と、基準面の下方でかつ光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を光線制御子の外周面にそれぞれ照射するように光線制御子の周囲に配置された複数の光線発生器と、立体形状データに基づいて、複数の光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように複数の光発生器を制御する制御手段とを備え、光線制御子は、各光線発生器により照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させるとともに稜線方向において拡散させて透過させるように形成されたものである。

本発明に係る立体ディスプレイにおいては、光線制御子が錐体形状または柱体形状を有する。この光線制御子は、錐体形状の底部が基準面上に開口するように配置される。また、複数の光線発生器が、基準面の下方でかつ光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を光線制御子の外周面にそれぞれ照射するように光線制御子の周囲に配置される。立体形状データに基づいて、複数の光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように複数の光発生器が制御手段により制御される。

なお、錐体形状は、円錐、楕円錐または多角錐に限定されず、円錐台、楕円錐台または角錐台を含む。また、柱体形状は、円柱、楕円柱および角柱を含む。

この場合、光線制御子は、各光線発生器により照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させる。それにより、複数の光線発生器からの光線の各交点が点光源となる。観察者は、点光源の集合を実体物の立体形状として仮想的に知覚する。このとき、同じ点光源に交差する左眼の視線方向と右眼の視線方向とが異なるので、両眼視差が生じる。その結果、複数の点光源の集合により立体画像が提示される。

ここで、観察者が基準面の上方から光線制御子の内周面を観察した場合、光線制御子の周囲の同じ高さのどの位置からでも各点光源を同じ位置に見ることができる。そのため、観察者は、少なくとも一部が基準面上の空間に提示される立体画像を３６０度の周囲の任意の位置から見ることができる。したがって、複数の人が特別な装置を用いることなく任意の位置から裸眼で立体画像を観察することができる。また、観察者の人数も制限されない。

また、光線制御子は、各光線発生器により照射された各光線を稜線方向において拡散させて透過させる。それにより、観察者の視点の高さが上下した場合には、立体画像の位置も上下して見える。したがって、観察者の視点位置が制限されない。

さらに、基準面の上方の空間に作業を阻害する装置を配置する必要がない。したがって、提示される立体画像を用いた作業を行うための作業空間を基準面上に確保することができる。

（２） 基準面は、テーブルの天板の上面であり、天板は開口部を有し、光線制御子は、天板の開口部に嵌め込まれてもよい。

この場合、テーブルの天板上の空間に立体画像が提示される。それにより、テーブルを囲んで複数人により同じ立体画像を用いた作業を気軽に行うことができる。なお、開口部に透明材料からなる蓋が嵌めこまれてもよい。

（３） 複数の光線発生器の各々は、プロジェクタを含んでもよい。

この場合、各プロジェクタにより複数の光線からなる光線群を容易に光線制御子の外周面に照射することができる。

（４） 光線制御子は、周方向に延びるとともに稜線方向に並ぶように形成された突条部を錐体形状の外周面または内周面に有してもよい。

この場合、錐体形状または柱体形状の外周面または内周面の突条部により各光線を周方向において拡散させずに透過させるとともに稜線方向において拡散させて透過させることができる。

（５） 光線制御子は、光線を第１の方向において拡散させずに透過させるとともに第１の方向に直交する第２の方向において拡散させて透過させるシート材により形成されてもよい。

この場合、指向性を有するシート材により各光線を周方向において拡散させずに透過させるとともに稜線方向において拡散させて透過させることができる。

（６） 制御手段は、複数の光線発生器の各々により光線制御子に照射される光線の色を出射方向ごとに設定してもよい。

この場合、複数の光線の交点からなる点光源がそれぞれ色を有するので、カラーの立体画像が提示される。

本発明によれば、観察者が特別な装置を装着することなく、かつ作業空間を阻害する装置を必要とせずに、任意の数の観察者が任意の位置から観察することができる立体画像が提示される。

（１）立体ディスプレイの構成
図１は本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイの模式的断面図である。図２は図１の立体ディスプレイの模式的平面図である。図３は図１および図２の立体ディスプレイに用いられる光線制御子の斜視図である。

図１に示すように、立体ディスプレイは、円錐台形状の光線制御子１、複数の走査型プロジェクタ２、制御装置３および記憶装置４により構成される。

図１および図２の立体ディスプレイは、テーブル５に設けられる。テーブル５は、天板５１および複数の脚５２からなる。天板５１は円形孔部を有する。

図３に示されるように、光線制御子１は、軸Ｚを中心として回転対称な円錐台形状を有する。光線制御子１の大径の底部および小径の底部は開口している。光線制御子１は、入射した光線が稜線方向Ｔにおいては拡散して透過しかつ軸Ｚを中心とする円周方向Ｒにおいては拡散せずに直進して透過するように形成されている。光線制御子１の構成の詳細については、後述する。

図１に示すように、光線制御子１は、大径の底部開口が上方を向くように天板５１の円形孔部に嵌め込まれる。テーブル５の周囲にいる観察者１０は、テーブル５の天板５１の斜め上方から光線制御子１の内周面を観察することができる。

テーブル５の下方には、複数の走査型プロジェクタ２が光線制御子１の軸Ｚを中心とする円周上に配置されている。複数の走査型プロジェクタ２は、光線制御子１の斜め下方から光線制御子１の外周面に光線を照射するように設けられる。

なお、テーブル５１の円形孔部に透明の円形板が嵌め込まれてもよい。

各走査型プロジェクタ２は、光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。それにより、各走査型プロジェクタ２は、光線で光線制御子１の外周面を走査することができる。ここで、光線とは、拡散しない直線で表される光をいう。

記憶装置４は、例えばハードディスク、メモリカード等からなる。記憶装置４には、立体画像１００を提示するための立体形状データが記憶される。制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなる。制御装置３は、記憶装置４に記憶される立体形状データに基づいて複数の走査型プロジェクタ２を制御する。それにより、光線制御子１の上方に立体画像３００が提示される。

（２）光線制御子１の構成および製造方法
図４は光線制御子１の一例の一部の拡大断面図である。

図４の光線制御子１は、透明の円錐台形状の光線制御子本体１１を有する。光線制御子本体１１の外周面上に複数の環状レンズ１２が稜線方向Ｔに密に並ぶように設けられている。各環状レンズ１２は、かまぼこ形の垂直断面を有する。なお、環状レンズ１２が半円形の断面を有してもよい。光線制御子１の寸法は任意である。例えば、光線制御子本体１１の大径の底部の直径は２００ｍｍであり、小径の底部の直径は２０ｍｍであり、高さは１１０ｍｍである。

図４の光線制御子１は、アクリル、ポリカーボネート等のある屈折率を有する透明な樹脂からなる透明素材を回転させつつ切削刃を当てることにより作製することができる。また、光線制御子１に対応する形状を有する金型を作製し、金型にアクリル、ポリカーボネート等の透明な樹脂を充填することにより光線制御子１を作製することができる。さらに、紫外線硬化樹脂を用いて立体造形法により光線制御子１を作製することもできる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面をエッチングすることにより光線制御子１を作製することができる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面をレーザ加工または放電加工することにより光線制御子１を作製することができる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、円周方向に延びる一定幅の環状領域ごとに紫外線を照射することにより光線制御子１を作製することができる。

図４の例では、複数の環状レンズ１２が光線制御子本体１１の外周面に形成されているが、複数の環状レンズ１２が光線制御子本体１１の内周面に形成されてもよい。

図４の光線制御子１によれば、環状レンズ１２が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Ｔにおいて光線を拡散させる機能を有する。それにより、図４の光線制御子１の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Ｔにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。

図５は光線制御子１の他の例の一部の拡大断面図である。

図５の光線制御子１においては、光線制御子本体１１の外周面上に多角形の断面を有する複数の環状プリズム１３が稜線方向Ｔに密に並ぶように設けられている。環状プリズム１３の断面形状は、三角形以外の多角形であってもよい。

図５の光線制御子１によれば、環状プリズム１３が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Ｔにおいて光線を拡散させる機能を有する。それにより、図５の光線制御子１の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Ｔにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。

図６は光線制御子１のさらに他の例の一部の拡大断面図である。

図６の光線制御子１は、透明の円錐台形状の光線制御子本体１１の外周面上に糸状のある屈折率を有する透明素材１４が円周方向に巻き付けられることにより作製される。透明素材１４は、稜線方向Ｔにおいて密に並んでいる。透明素材１４の断面形状は、真円でもよく、楕円でもよい。透明素材１４としては、例えばナイロン糸を用いることができる。

また、透明の円錐台形状の光線制御子本体１１の外周面上に速乾性の接着剤を用いて複数の糸状の透明素材を順に貼り付けることにより光線制御子１を作製することもできる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂を用いることができる。

図６の光線制御子１によれば、透明素材１４が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Ｔにおいてボールレンズの機能を有する。それにより、光線制御子１の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Ｔにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。

図７は光線制御子１の他の構成を説明するための模式図である。図７（ａ）は方向Ｘにおいて光線をほとんど拡散させずに透過させ、方向Ｘと直交する方向Ｙにおいて光線を拡散させて透過させるホロスクリーン１５を示す。図７（ｂ）は図７（ａ）のホロスクリーン１５を切り取ることにより形成された三角シート１６を示す。ここで、ホロスクリーンとは、写真乾板の技術により作製され、入射した光線の飛行方向を制御可能な光学素子である。

図７（ａ）の三角シート１６を透明の円錐台形状の光線制御子本体１１の表面に貼り付けることにより光線制御子１を形成することができる。あるいは、複数の三角シート１６をつなぎ合わせてＮ錐体台を形成することにより、擬似的な円錐台形状を有する光線制御子１を作製することができる。ここで、Ｎは３以上の整数である。

図８は光線制御子１のさらに他の構成を説明するための模式図である。図８（ａ）は入射した光線を放射方向に拡散させる機能を有するホロスクリーンまたはフレネルレンズからなる光学シート１７を示す。フレネルレンズは、円周方向に溝を有するシート状レンズである。

図８（ｂ）に示すように、上記の光学シート１７を扇形シート１８に切り取る。そして、図８（ｃ）に示すように、扇形シート１８の辺Ａおよび辺Ｂをつなぎ合わせることにより円錐台形状の光線制御子１が作製される。

本実施の形態の形態では、光線制御子１が円錐台形状を有するが、これに限定されず、光線制御子１が円錐形状を有してもよく、あるいは多角錐台形状または多角錐形状を有してもよい。これらの形状を錐体形状と呼ぶ。

（３）走査型プロジェクタ２の動作
図９は走査型プロジェクタ２の動作を説明するための模式的平面図である。図９には１つの走査型プロジェクタ２のみが示される。

走査型プロジェクタ２は、レーザ光からなる光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。

走査型プロジェクタ２が光線を水平面内で偏向させることにより、光線制御子１の外周面を水平方向に走査することができる。また、走査型プロジェクタ２が光線を垂直面内で偏向させることにより、光線制御子１の外周面を垂直方向に走査することができる。それにより、走査型プロジェクタ２は、光線で光線制御子１の対向する面を走査することができる。

また、走査型プロジェクタ２は、光線の方向ごとに光線の色を設定することができる。それにより、走査型プロジェクタ２は、擬似的に複数の光線からなる光線群を出射する。

図９において、走査型プロジェクタ２は、複数の光線Ｌ１〜Ｌ１１を光線制御子１に照射する。光線Ｌ１〜Ｌ１１は、それぞれ任意の色に設定される。それにより、光線制御子１の複数の位置Ｐ１〜Ｐ１１をそれぞれ設定された色の光線Ｌ１〜Ｌ１１が透過する。

光線制御子１は、円周方向において光線Ｌ１〜Ｌ１１を拡散させずに直線状に透過させるので、観察者は、ある位置で一本の光線のみを視認することができる。また、光線制御子１は、光線Ｌ１〜Ｌ１１を垂直方向において拡散させて透過させるので、観察者は、一本の光線を上下方向の任意の位置から視認することができる。

なお、本実施の形態では、光線発生器として、走査型プロジェクタ２を用いているが、これに限定されない。光線発生器としては、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の空間光変調器および複数のレンズからなるレンズアレイ等の投影系を備えた一般的なプロジェクタを用いることもできる。この場合、投影系のアパーチャ（開口）が十分に小さい場合には、走査型プロジェクタ２と同様に光線群を形成することができる。

（４）立体画像３００の提示方法
図１０は立体画像３００の提示方法を説明するための模式的平面図である。図１０においては、３つの走査型プロジェクタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃが示される。

例えば、光線制御子１の上方の位置ＰＲに赤色の画素を提示する場合には、走査型プロジェクタ２Ａから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＡ０を出射し、走査型プロジェクタ２Ｂから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＢ０を出射し、走査型プロジェクタ２Ｃから位置ＰＲを通る方向に赤色の光線ＬＣ０を出射する。それにより、赤色の光線ＬＡ０，ＬＢ０，ＬＣ０の交点に点光源となる赤色の画素が提示される。この場合、観察者の眼が位置ＩＡ０にある場合、位置ＩＢ０にある場合および位置ＩＣ０にある場合に、位置ＰＲに赤色の画素が見える。

同様にして、光線制御子１の上方の位置ＰＧに緑色の画素を提示する場合には、走査型プロジェクタ２Ａから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＡ１を出射し、走査型プロジェクタ２Ｂから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＢ１を出射し、走査型プロジェクタ２Ｃから位置ＰＧを通る方向に緑色の光線ＬＣ１を出射する。

それにより、緑色の光線ＬＡ１，ＬＢ１，ＬＣ１の交点に点光源となる緑色の画素が提示される。この場合、観察者の眼が位置ＩＡ１にある場合、位置ＩＢ１にある場合および位置ＩＣ１にある場合に、位置ＰＧに緑色の画素が見える。

このようにして、複数の走査型プロジェクタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々から立体画像３００の各位置を通る方向に提示すべき色の光線が出射される。

走査型プロジェクタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを含む複数の走査型プロジェクタが円周上に密に並べられており、それらの複数の走査型プロジェクタから照射される光線群によって光線制御子１の内部の空間が十分に密に交点群で満たされていれば、円周上のいずれの方向から光線制御子１の内部を観察しても位置ＰＲ，ＰＧを通過する適切な光線が目に入射することになり、人の目はそこに点光源があるように認識する。実物体の表面にて反射または拡散した照明光を人は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置ＰＲ，ＰＧの色を複数のプロジェクタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃより飛来する光線によって適切に再現することにより、立体画像３００を提示することができる。

このようにして、立体画像３００を光線制御子１の内部および上方の空間に提示することができる。この場合、観察者は、円周方向における異なる位置で同一の立体画像３００をそれぞれ異なる方向から視認することができる。

図１１は立体画像３００の提示方法を説明するための模式的断面図である。図１１においては、１つの走査型プロジェクタ２が示される。

図１１に示すように、走査型プロジェクタ２から出射された光線は、光線制御子１で拡散角αで垂直方向において拡散される。それにより、観察者は、拡散角αの範囲内において垂直方向の異なる位置で走査型プロジェクタ２から出射される同じ色の光線を見ることができる。例えば、観察者が視線を基準の位置Ｅから上方の位置Ｅ’に移動させた場合でも、立体画像３００の同じ部分を見ることができる。この場合、垂直方向における観察者の眼の位置により観察者が視認する立体画像３００の位置が移動する。このように、走査型プロジェクタ２から出射された光線が光線制御子１で垂直方向において拡散されるため、観察者が視線を上下に移動させても立体画像３００を観察することができる。

図１の複数の走査型プロジェクタ２により出射される光線群の各光線の色は、記憶装置４に記憶される立体形状データに基づいて制御装置３により算出される。具体的には、制御装置３は、立体形状データとして予め定義される三次元の立体形状の面と各光線との交点を求め、光線に与えるべき適切な色を算出する。

制御装置３は、算出した光線群の各光線の色に基づいて複数の走査型プロジェクタ２を制御する。それにより、光線制御子１の上方に立体画像３００が提示されるように、各走査型プロジェクタ２から設定された色をそれぞれ有する光線群が出射される。

上記のようにして、本実施の形態に係る立体ディスプレイによれば、立体画像３００の指向性表示が可能となる。

（５）両眼視差の発生原理
ここで、本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理について説明する。

図１２は本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。図１２には、４つの走査型プロジェクタ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが示される。

図１２において、観察者が光線制御子１の点Ｐ３１を見た場合には、右眼１００Ｒに走査型プロジェクタ２ａから出射された光線Ｌａが入射し、左眼１００Ｌに走査型プロジェクタ２ｂから出射された光線Ｌｂが入射する。また、観察者が光線制御子１の点Ｐ３２を見た場合には、右眼１００Ｒに走査型プロジェクタ２ｃから出射された光線Ｌｃが入射し、左眼１００Ｌに走査型プロジェクタ２ｄから出射された光線Ｌｄが入射する。

ここで、光線Ｌａの色と光線Ｌｄの色とは同じであり、光線Ｌｂの色は光線Ｌａの色と異なり、光線Ｌｃの色は光線Ｌｄの色とは異なるとする。この場合、光線制御子１上の点Ｐ３１の色は見る方向により異なる。また、光線制御子１上の点Ｐ３２の色も見る方向により異なる。

光線Ｌａにより立体画像３００の点Ｐａが作られ、光線Ｌｂにより立体画像３００の点Ｐｂが作られ、光線Ｌｃにより立体画像３００の点Ｐｃが作られ、光線Ｌｄにより立体画像３００の点Ｐｄが作られる。

図１２の例では、立体画像３００の点Ｐａと点Ｐｃとが同じ位置にある。すなわち、光線Ｌａと光線Ｌｄとの交点に立体画像３００の点Ｐａ，Ｐｄが作られる。点Ｐａ，Ｐｄは、仮想的な点光源となすことができる。この場合、右眼１００Ｒで点Ｐａ，Ｐｄを見る方向と左眼１００Ｌで点Ｐａ，Ｐｄを見る方向とが異なる。すなわち、右眼１００Ｒの視線方向と左眼１００Ｌの視線方向との間に輻輳角がある。これにより、光線群により形成される画像の立体視が可能となる。

（６）実施の形態の効果
本実施の形態に係る立体ディスプレイにおいては、光線制御子１は、各走査型プロジェクタ２により照射された各光線を円周方向において拡散させずに透過させる。それにより、複数の走査型プロジェクタ２からの光線の各交点が点光源となる。観察者は、点光源の集合を実体物の立体形状として仮想的に知覚する。このとき、上記のように、同じ点光源に交差する左眼の視線方向と右眼の視線方向とが異なるので、両眼視差が生じる。その結果、複数の点光源の集合により光線制御子１の内部および上方の空間に立体画像３００が提示される。

ここで、観察者がテーブル５の上方から光線制御子１の内周面を観察した場合、テーブル５の周囲の同じ高さのどの位置からでも各点光源を同じ位置に見ることができる。そのため、観察者は、光線制御子１の上方に提示される立体画像３００を３６０度の周囲の任意の位置から見ることができる。したがって、複数の人が特別な装置を用いることなく任意の位置から裸眼で立体画像３００を観察することができる。また、観察者の人数も制限されない。

また、光線制御子１は、各走査型プロジェクタ２により照射された各光線を稜線方向において拡散させて透過させる。それにより、観察者の視点の高さが上下しても、観察者が立体画像３００を見ることが可能となる。したがって、観察者の視点位置が制限されない。

さらに、テーブル５の上方の空間に作業を阻害する装置を配置する必要がない。したがって、光線制御子１の上方に提示される立体画像３００を用いた作業を行うための作業空間をテーブル５上に確保することができる。

（７）他の実施の形態
上記実施の形態では、光線制御子１がテーブル５の天板５１に固定されているが、モータ等の回転駆動装置を用いることにより光線制御子１を軸Ｚの周りで回転させてもよい。例えば、光線制御子１がＮ錐体（Ｎは３以上の整数）からなる場合または複数のシートを貼り合わせることにより作製される場合には、光線制御子１のつなぎ目での光学性能の乱れが生じる。そのような場合、光線制御子１を軸Ｚの周りで回転させることにより、つなぎ目での光学性能の乱れが平均化される。その結果、提示される立体画像３００の画質にむらが生じることが防止される。

光線制御子１は、円柱、楕円柱またはＮ角柱（Ｎは３以上の整数）を含む柱体形状であってもよい。この場合にも、光線制御子１が光線を垂直方向において拡散させつつ透過させる。それにより、立体画像をその少なくとも一部がテーブル５の天板５１の上面等の基準面上の空間に位置するように提示することができる。

（８）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、光線制御子１が光線制御子の例であり、走査型プロジェクタ２が光線発生器の例であり、制御装置３が制御手段の例であり、テーブル５の天板５１の上面が基準面の例である。また、環状レンズ１２，環状プリズム１３または透明素材１４が突条部の例であり、三角シート１６または扇形シート１８がシート材の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、立体画像を用いた共同作業に利用することができる。また、都市設計の場面のように複数の人が１つの立体画像を共有しながら進める検討作業に利用することができる。さらに、遠隔地間のビデオ会議等の際にテーブルに広げた書類のような情報に加えて立体形状の情報を共有する場合に利用することができる。

また、教育の場面等において、教師が立体画像の一部を指差しながら解説する場合に利用することができる。また、光線制御子がテーブル等の作業面より下方にありかつ立体画像が作業面上の空間に提示されるため、ガラスケースの外側から立体画像を指さすような感覚ではなく、直接立体画像を指す感覚を得る場合に利用することができる。

テーブル型の立体画像を用いたゲーム等に利用することができる。また、眼鏡等を必要としないため、観客が自由に参加したり離れたりすることができる場に利用することができる。アリーナ状の大型装置を用いることにより、周囲から鑑賞可能な劇場空間を作る場合に利用可能である。

図１は本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイの模式的断面図である。 図１の立体ディスプレイの模式的平面図である。 図１および図２の立体ディスプレイに用いられる光線制御子の斜視図である。 光線制御子の一例の一部の拡大断面図である。 光線制御子の他の例の一部の拡大断面図である。 光線制御子さらに他の例の一部の拡大断面図である。 光線制御子の他の構成を説明するための模式図である。 光線制御子さらに他の構成を説明するための模式図である。 走査型プロジェクタの動作を説明するための模式的平面図である。 立体画像の提示方法を説明するための模式的平面図である。 立体画像の提示方法を説明するための模式的断面図である。 本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。

符号の説明

１ 光線制御子
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 走査型プロジェクタ
３ 制御装置
４ 記憶装置
５ テーブル
１０ 観察者
１１ 光線制御子本体
１２ 環状レンズ
１３ 環状プリズム
１４ 透明素材
１５ ホロスクリーン
１６ 三角シート
１７ 光学シート
１８ 扇形シート
５１ 天板
５２ 脚
１００，３００ 立体画像
１００Ｒ 右眼
１００Ｌ 左眼
ＩＡ０，ＩＢ０，ＩＣ０，ＰＲ，ＰＧ，Ｅ，Ｅ’ 位置
Ｌ１〜Ｌ１１，Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，ＬＡ０，ＬＢ０，ＬＣ０，ＬＡ１，ＬＢ１，ＬＣ１ 光線
Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ 点

Claims (6)

1. 立体形状データに基づいて立体画像をその少なくとも一部が所定の基準面上の空間に位置するように提示するための立体ディスプレイであって、
   錐体形状または柱体形状を有するとともに前記錐体形状または前記柱体形状の底部が前記基準面上に開口するように配置される光線制御子と、
   前記基準面の下方でかつ前記光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を前記光線制御子の外周面にそれぞれ照射するように前記光線制御子の周囲に配置された複数の光線発生器と、
   前記立体形状データに基づいて、前記複数の光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように前記複数の光発生器を制御する制御手段とを備え、
   前記光線制御子は、各光線発生器により照射された各光線を周方向において拡散させずに透過させるとともに稜線方向において拡散させて透過させるように形成されたことを特徴とする立体ディスプレイ。
2. 前記基準面は、テーブルの天板の上面であり、前記天板は開口部を有し、前記光線制御子は、前記天板の前記開口部に嵌め込まれたことを特徴とする請求項１記載の立体ディスプレイ。
3. 前記複数の光線発生器の各々はプロジェクタを含むことを特徴とする請求項１または２記載の立体ディスプレイ。
4. 前記光線制御子は、前記周方向に延びるとともに前記稜線方向に並ぶように形成された突条部を前記錐体形状の外周面または内周面に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の立体ディスプレイ。
5. 前記光線制御子は、光線を第１の方向において拡散させずに透過させるとともに前記第１の方向に直交する第２の方向において拡散させて透過させるシート材により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の立体ディスプレイ。
6. 前記制御手段は、前記複数の光線発生器の各々により前記光線制御子に照射される光線の色を出射方向ごとに設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の立体ディスプレイ。

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