JP7044237B2 - 空中スクリーン形成装置、画像投影システム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ▲１▼ 平成２９年１０月１４日に国際会議「ＳＩＧＧＲＡＰＨ ＡＳＩＡ ２０１７ ＢＡＮＧＫＯＫ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ」のウェブサイトにて公開（ｈｔｔｐｓ：／／ｓａ２０１７．ｓｉｇｇｒａｐｈ．ｏｒｇ／ａｔｔｅｎｄｅｅｓ／ｐｏｓｔｅｒｓ？ｖｉｅｗ＝ｔｙｐｅ＆ｔｙｐｅ＝ｐｏｓｔｅｒｓ＆ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ＝ｔｒｕｅ） ▲２▼ 平成２９年１０月２９日に日本科学未来館にて開催された集会「デジタルコンテンツエキスポ」において行われた講演「落合陽一はどこに向かっているのか～メディアアート・アカデミックリサーチ・ＣＲＥＳＴ・スタートアップ～」にて公開

本発明は、空中スクリーン形成装置、及び、画像投影システムに関する。

近年、空中スクリーンに三次元画像を投影する技術が注目されている。空中スクリーンは、平面スクリーンとは異なり、スクリーンの存在が知覚されないため、三次元画像の表示に好適である。

例えば、特許文献１は、空中にミストを噴出することにより、空中スクリーンを形成する技術を開示している。

特開２０１５－１２１６５５号公報

しかし、ミストは、質量が軽いため、空中で浮遊し易い。そのため、空中スクリーンの形状が不安定になり、空中スクリーンの密度が低下する場合がある。密度の低下は、空中スクリーンの解像度の低下を招く。

つまり、従来技術では、空中スクリーンの解像度を向上させることが難しい。

本発明の目的は、空中スクリーンの解像度を向上させることである。

本発明の一態様は、
複数の再帰反射型粒子を収容する収容部を備え、
前記再帰反射型粒子は、前記プロジェクタの入射光を屈折させる屈折面と、前記屈折面で屈折した光を前記入射光の入射方向と反対方向に反射させる反射面と、を有し、
前記収容部に収容された複数の再帰反射型粒子を投下することにより、三次元画像を投影可能な空中スクリーンを形成するコントローラを備える、
空中スクリーン形成装置である。

本発明によれば、空中スクリーンの解像度を向上させることができる。

本実施形態の画像投影システムの構成を示す概略図である。 図１の空中スクリーン形成装置の機能ブロック図である。 図２の収容部の構成を示す概略図である。 図２の収容部の動作の説明図である。 再帰反射型粒子の概略図である。 図１の空中スクリーン形成装置によって提供されるユーザビューの概略図である。 変形例１の空中スクリーン形成装置１０の構成を示す概略図である。 図７の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。 変形例２の空中スクリーン形成装置１０の構成の第１例を示す概略図である。 図９の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。 変形例２の空中スクリーン形成装置１０の構成の第２例を示す概略図である。 図１１の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（１）画像投影システム
本実施形態の画像投影システムについて説明する。図１は、本実施形態の画像投影システムの構成を示す概略図である。

図１に示すように、画像投影システム１は、空中スクリーン形成装置１０と、プロジェクタ２０と、を備える。

空中スクリーン形成装置１０は、下方（ＬＯ方向）に空間が形成されるように配置される。例えば、空中スクリーン形成装置１０は、天井（不図示）から吊り下げられる。
空中スクリーン形成装置１０は、再帰反射型粒子ＲＰを投下することにより、空中スクリーン形成装置１０の下方（ＬＯ方向）の空間に、ＹＺ平面に沿った空中スクリーンＳＣを形成するように構成される。

プロジェクタ２０は、空中スクリーンＳＣに対して、観察者ＯＢＳ側に配置される。プロジェクタ２０は、空中スクリーンＳＣに向かって、空中スクリーンＳＣのＹＺ平面に直行する方向（Ｘ－方向）の光ＯＰを放射する。

空中スクリーンＳＣには、光ＯＰに対応する三次元画像ＩＭＧが投影される。
空中スクリーンＳＣに対してプロジェクタ２０と反対側に位置する物理オブジェクトＯＢＪの反射光（Ｘ＋方向の光）は、空中スクリーンＳＣを構成する再帰反射型粒子ＲＰの隙間から観察者ＯＢＳに到達する。

その結果、観察者ＯＢＳは、空中スクリーンＳＣに投影された三次元画像ＩＭＧと、物理オブジェクトＯＢＪの像と、を同時に観察することができる。

（１－１）空中スクリーン形成装置
本実施形態の空中スクリーン形成装置１０について説明する。図２は、図１の空中スクリーン形成装置の機能ブロック図である。

図２に示すように空中スクリーン形成装置１０は、記憶装置１１と、プロセッサ（「コントローラ」の一例）１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４と、ドライバ１５と、収容部１６と、を備える。

記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。

プログラムは、例えば、ドライバ１５を制御するためのプログラムを含む。

プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、空中スクリーン形成装置１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、コンピュータの一例である。

入出力インタフェース１３は、空中スクリーン形成装置１０に接続される入力デバイスからユーザの指示を取得し、かつ、空中スクリーン形成装置１０に接続される出力デバイスに情報を出力するように構成される。
入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、ディスプレイである。

通信インタフェース１４は、空中スクリーン形成装置１０とプロジェクタ２０との間の通信を制御するように構成される。

ドライバ１５は、プロセッサ１２の制御に従って、収容部１６の可動機構を駆動するための駆動信号を生成するように構成される。

収容部１６には、複数の再帰反射型粒子ＲＰが収容される。

（１－２）収容部
本実施形態の収容部１６について説明する。

（１－２－１）収容部の構成
本実施形態の収容部１６の構成について説明する。図３は、図２の収容部の構成を示す概略図である。

図３Ａは、収容部１６の底部１６ｈを示している。図３Ｂは、図３Ａの鎖線領域Ｉの拡大斜視図である。

図３に示すように、収容部１６は、一対の可動部材１６ａ及び１６ｂと、一対の固定部材１６ｃ及び１６ｄと、一対のプーリ１６ｆと、ベルト１６ｅと、を備える。

図３Ｂに示すように、収容部１６の側面１６ｇには、プーリ１６ｆが回転可能に取り付けられている。
一対のプーリ１６ｆには、ベルト１６ｅが巻きつけられている。
ベルト１６ｅには、固定部材１６ｃ及び１６ｄが取り付けられている。
固定部材１６ｃ及び１６ｄには、それぞれ、可動部材１６ａ及び１６ｂが取り付けられている。
つまり、可動部材１６ａ及び１６ｂは、それぞれ、固定部材１６ｃ及び１６ｄを介して、ベルト１６ｅに固定されている。

プーリ１６ｆは、ドライバ１５によって生成された駆動信号に従って回転する。
プーリ１６ｆが反時計回り（図３Ｂ）に回転すると、固定部材１６ｃはＸ－方向に移動し、且つ、固定部材１６ｄはＸ＋方向に移動する。これにより、可動部材１６ａはＸ－方向に移動し、且つ、可動部材１６ｂはＸ＋方向に移動する。
プーリ１６ｆが時計回り（図３Ｂ）に回転すると、固定部材１６ｃはＸ＋方向に移動し、且つ、固定部材１６ｄはＸ－方向に移動する。これにより、可動部材１６ａはＸ＋方向に移動し、且つ、可動部材１６ｂはＸ－方向に移動する。
このように、可動部材１６ａ及び１６ｂは、プーリ１６ｆの回転方向に応じて移動する。可動部材１６ａ及び１６ｂの移動方向は、スクリーンＳＣのＹＺ平面に対して直行する方向（Ｘ方向）である。

（１－２－２）収容部の動作
本実施形態の収容部１６の動作について説明する。図４は、図２の収容部の動作の説明図である。

図４Ａは、閉鎖位置に位置する可動部材１６ａ及び１６ｂを示している。
閉鎖位置に位置する可動部材１６ａ及び１６ｂは、互いに接触する。この場合、収容部１６は、再帰反射型粒子ＲＰを保持する。

可動部材１６ａ及び１６ｂが閉鎖位置に位置するときにプーリ１６ｆが反時計回り（図３Ｂ）に回転すると、可動部材１６ａはＸ＋方向に移動し、且つ、可動部材１６ｂはＸ－方向に移動する。その結果、可動部材１６ａ及び１６ｂは開放位置に移動する。

図４Ｂは、開放位置に位置する可動部材１６ａ及び１６ｂを示している。
開放位置に位置する可動部材１６ａ及び１６ｂは、互いに離間する。その結果、底部１６ｈに、投下口ＳＬが形成される。投下口ＳＬは、上面視において、線分形状を有する。収容部１６に収容された再帰反射型粒子ＲＰは、この投下口ＳＬを介して、下方（Ｙ－方向）に落下する。

（１－３）再帰反射型粒子
本実施形態の再帰反射型粒子ＲＰについて説明する。図５は、再帰反射型粒子の概略図である。

図５Ａに示すように、再帰反射型粒子ＲＰは、透明球体である。再帰反射型粒子ＲＰは、例えば、ガラス球体である。

図５Ｂは、図５Ａの鎖線ＩＩで再帰反射型粒子ＲＰを切断したときの断面を示している。
図５Ｂに示すように、再帰反射型粒子ＲＰは、屈折面ＲＰａと、反射面ＲＰｂと、を有する。反射面ＲＰｂの内表面上には、反射膜が被覆される。
屈折面ＲＰａがＸ－側に位置し、且つ、反射面ＲＰｂがＸ＋側に位置する場合、Ｘ－方向からＸ＋方向に入射した入射光ＯＰａは、屈折面ＲＰａで屈折し、且つ、反射面ＲＰｂに当たる。
反射面ＲＰｂは、入射光ＯＰａをＸ－方向に反射する。
その結果、Ｘ－方向からＸ＋方向に入射した入射光ＯＰａは、Ｘ＋方向からＸ－方向（つまり、入射光ＯＰａの入射方向と反対方向）に反射される反射光ＯＰｂが発生する。反射光ＯＰｂは、屈折面ＲＰａで屈折し、且つ、再帰反射型粒子ＲＰの外表面からＸ－方向に放射される。

（１－４）ユーザビュー
本実施形態の観察者ＯＢＳが観察可能なユーザビューについて説明する。図６は、図１の空中スクリーン形成装置によって提供されるユーザビューの概略図である。

図４Ｂに示すように、開放位置に位置する可動部材１６ａ及び１６ｂによって形成された投下口ＳＬから再帰反射型粒子ＲＰがＹ－方向に投下されると、図１の空中スクリーン形成装置１０の下方（Ｙ－方向）の空間に空中スクリーンＳＣが形成される。

プロジェクタ２０が空中スクリーンＳＣに向かって、Ｘ－方向の光ＯＰを放射すると、再帰反射型粒子ＲＰに対する入射光ＯＰａは、反射面ＲＰｂで反射することによって、Ｘ＋方向の反射光ＯＰｂに変わる。反射光ＯＰｂは、観察者ＯＢＳの眼球に入射する。

図１に示すように、空中スクリーンＳＣに対してプロジェクタ２０と反対側に位置する物理オブジェクトＯＢＪの反射光は、空中スクリーンＳＣを構成する再帰反射型粒子ＲＰの隙間から観察者ＯＢＳに向かって進行し、観察者ＯＢＳの眼球に入射する。

その結果、図６に示すように、観察者ＯＢＳは、空中スクリーンＳＣに投影された三次元画像ＩＭＧと、物理オブジェクトＯＢＪの像と、を同時に観察することができる。

本実施形態によれば、一定の質量を有する再帰反射型粒子ＲＰを投下することにより空中スクリーンＳＣを形成する。これにより、空中スクリーンＳＣの解像度を向上させることができる。

更に、本実施形態によれば、再帰反射型粒子ＲＰは自重により落下するので、収容部１６の構造を簡素化することができる。

更に、本実施形態によれば、再帰反射型粒子ＲＰは落下方向（Ｙ－方向）が一様であるので、収容部１６の高さによって空中スクリーンＳＣの上下方向（Ｙ方向）のサイズが決まる。これにより、空中スクリーンＳＣのサイズを容易に拡大することができる。

（２）変形例
本実施形態の変形例について説明する。

（２－１）変形例１
本実施形態の変形例１について説明する。変形例１は、複数の空中スクリーンを形成する空中スクリーン形成装置１０の例である。図７は、変形例１の空中スクリーン形成装置１０の構成を示す概略図である。図８は、図７の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。

図７に示すように、底部１６ｈには、複数の投下口Ｓｌ１及びＳＬ１２が形成される。投下口Ｓｌ１及びＳＬ１２は、何れも、上面視において、線分形状を有する。収容部１６に収容された再帰反射型粒子ＲＰは、この投下口Ｓｌ１及びＳＬ１２を介して、下方（Ｙ－方向）に落下する。

その結果、図８に示すように、空中スクリーン形成装置１０の下方（Ｙ－方向）に、複数の空中スクリーンＳＣ１ａ及びＳＣ１ｂが形成される。
プロジェクタ２０は、空中スクリーンＳＣ１ａ及びＳＣ１ｂに対して、観察者ＯＢＳ側（Ｘ＋側）に配置される。プロジェクタ２０がＸ－方向の光ＯＰ１を放射すると、空中スクリーンＳＣ１ａ及びＳＣ１ｂには、何れも、光ＯＰ１に対応する三次元画像ＩＭＧ１ａ及びＩＭＧ１ｂが投影される。

変形例１によれば、複数の空中スクリーンＳＣ１ａ及びＳＣ１ｂに投影された三次元画像ＩＭＧ１ａ及びＩＭＧ１ｂを観察することができる。

（２－２）変形例２
本実施形態の変形例２について説明する。変形例２は、空中スクリーン形成装置によって形成される空中スクリーンの形状の変形例である。

（２－２－１）変形例２の第１例
変形例２の第１例について説明する。図９は、変形例２の空中スクリーン形成装置１０の構成の第１例を示す概略図である。図１０は、図９の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。

図９に示すように、底部１６ｈには、投下口ＳＬ２１が形成される。投下口ＳＬ２１は、上面視において、矩形形状を有する。収容部１６に収容された再帰反射型粒子ＲＰは、この投下口Ｓ２１を介して、下方（Ｙ－方向）に落下する。

その結果、図１０に示すように、空中スクリーン形成装置１０の下方（Ｙ－方向）に、直方体形状の空中スクリーンＳＣ２１が形成される。

プロジェクタ２０ａは、空中スクリーンＳＣ２１に対して、Ｘ＋側に配置される。プロジェクタ２０ａがＸ－方向の光ＯＰ２１ａを放射すると、空中スクリーンＳＣ２１のＸ＋側の面ＳＣ２１ａには、光ＯＰ２１ａに対応する三次元画像ＩＭＧ２１ａが投影される。

プロジェクタ２０ｂは、空中スクリーンＳＣ２１に対して、Ｚ－側に配置される。プロジェクタ２０ｂがＺ＋方向の光ＯＰ２１ｂを放射すると、空中スクリーンＳＣ２１のＺ－側の面ＳＣ２１ｂには、光ＯＰ２１ｂに対応する三次元画像ＩＭＧ２１ｂが投影される。

（２－２－２）変形例２の第２例
変形例２の第２例について説明する。図１１は、変形例２の空中スクリーン形成装置１０の構成の第２例を示す概略図である。図１２は、図１１の空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンに投影された三次元画像の概略図である。

図１１に示すように、底部１６ｈには、投下口ＳＬ２２が形成される。投下口ＳＬ２２は、上面視において、円形形状を有する。収容部１６に収容された再帰反射型粒子ＲＰは、この投下口Ｓ２２を介して、下方（Ｙ－方向）に落下する。

その結果、図１０に示すように、空中スクリーン形成装置１０の下方（Ｙ－方向）に、円柱形状の空中スクリーンＳＣ２２が形成される。

複数のプロジェクタ２０ａ及び２０ｂが空中スクリーンＳＣ２２に対して光ＯＰ２２ａ及びＯＰ２２ｂを放射すると、空中スクリーンＳＣ２２には、各プロジェクタ２０ａ及び２０ｂから放射された光ＯＰ２２ａ及びＯＰ２２ｂに対応する三次元画像ＩＭＧ２２ａ及びＩＭＧ２２ｂが投影される。

（３）本実施形態の小括
以下、本実施形態について小括する。

本実施形態の第１態様は、
複数の再帰反射型粒子ＲＰを収容する収容部１６を備え、
再帰反射型粒子ＲＰは、プロジェクタ２０の入射光ＯＰａを屈折させる屈折面ＲＰａと、屈折面ＲＰａで屈折した光を入射光の入射方向（Ｘ＋方向）と反対方向（Ｘ－方向）に反射させる反射面ＲＰｂと、を有し、
収容部１６に収容された複数の再帰反射型粒子ＲＰを投下することにより、三次元画像を投影可能な空中スクリーンＳＣを形成するコントローラ（例えば、プロセッサ１２）を備える、
空中スクリーン形成装置１０である。

第１態様によれば、一定の質量を有する再帰反射型粒子ＲＰを投下することにより空中スクリーンＳＣを形成する。これにより、空中スクリーンＳＣの解像度を向上させることができる。

本実施形態の第２態様は、
反射面ＲＰｂには、反射膜が被覆される、
空中スクリーン形成装置１０である。

本実施形態の第３態様は、
収容部１６の底部には、開閉可能な投下口ＳＬが配置され、
コントローラは、投下口ＳＬを開放することにより、収容部１６に収容された再帰反射型粒子ＲＰを投下する、
空中スクリーン形成装置１０である。

第３態様によれば、再帰反射型粒子ＲＰは自重により落下する。これにより、収容部１６の構造を簡素化することができる。

本実施形態の第４態様は、
投下口ＳＬは、上面視において、線分形状、多角形状、又は、円形状を有する、
空中スクリーン形成装置１０である。

第４態様によれば、様々な形状の空中スクリーンＳＣを形成することができる。

本実施形態の第５態様は、
空中スクリーン形成装置１０を備え、
空中スクリーン形成装置１０によって形成された空中スクリーンＳＣを基準として観察者ＯＢＳ側に配置されたプロジェクタ２０を備え、
プロジェクタ２０は、空中スクリーンＳＣに向かって光ＯＰを照射することにより、空中スクリーンＳＣに光ＯＰに対応する三次元画像ＩＭＧを投影する、
画像投影システム１である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。

１ ：画像投影システム
１０ ：空中スクリーン形成装置
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
１５ ：ドライバ
１６ ：収容部
１６ａ，１６ｂ：可動部材
１６ｃ，１６ｄ：固定部材
１６ｅ ：ベルト
１６ｆ ：プーリ
１６ｇ ：側面
１６ｈ ：底面
２０，２０ａ，２０ｂ：プロジェクタ

Claims (5)

1. 複数の再帰反射型粒子を収容する収容部を備え、
   前記再帰反射型粒子は、プロジェクタの入射光を屈折させる屈折面と、前記屈折面で屈折した光を前記入射光の入射方向と反対方向に反射させる反射面と、を有し、
   前記収容部に収容された複数の再帰反射型粒子が前記収容部の下方の空間を一様な方向に落下するように前記複数の再帰反射型粒子を投下することにより、三次元画像を投影可能であって、かつ上下方向のサイズが前記収容部の高さによって決まる空中スクリーンを前記空間に形成するコントローラを備える、
   空中スクリーン形成装置。
2. 前記反射面には、反射膜が被覆される、
   請求項１に記載の空中スクリーン形成装置。
3. 前記収容部の底部には、開閉可能な投下口が配置され、
   前記コントローラは、前記投下口を開放することにより、前記収容部に収容された再帰反射型粒子を投下する、
   請求項１又は２に記載の空中スクリーン形成装置。
4. 前記投下口は、上面視において、線分形状、多角形状、又は、円形状を有する、
   請求項３に記載の空中スクリーン形成装置。
5. 請求項１～４の何れかに記載の空中スクリーン形成装置を備え、
   前記空中スクリーン形成装置によって形成された空中スクリーンを基準として観察者側に配置されたプロジェクタを備え、
   前記プロジェクタは、前記空中スクリーンに向かって光を照射することにより、前記空中スクリーンに前記光に対応する三次元画像を投影する、
   画像投影システム。

Images