JP2000201361A

JP2000201361A - 三次元画像形成装置

Info

Publication number: JP2000201361A
Application number: JP11282706A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Ono; 忠彦小野
Original assignee: Sega Enterprises Ltd
Current assignee: Sega Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、複数人の者が同時に立体視を体験
できる、比較的に大画面の三次元画像を形成することの
可能な三次元画像形成装置を提供する。【解決手段】光の透過率を変えることのできる可変透
過スクリーンの複数枚(5a〜5g)を、互いに平行になるよ
うに配置して構成される三次元スクリーン(5)と、三次
元スクリーンに複数の画像を連続的に投影する画像投影
部((1)〜(4))と、各画像の投影に連動して可変透過スク
リーンのいずれかに映像が形成されるように各可変透過
スクリーンの透過率を制御する制御部(14)と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体的に視認さ
れる三次元画像を形成する三次元画像形成装置に関す
る。

【従来の技術】従来、立体視を実現するための幾つか
の方法が提案されている。例えば、画像表示装置に左眼
用の映像と右眼用の映像とを交互に映し出す。観察者は
映像に同期して動作するシャッタ機構を有するメガネを
装着して画面を観察する。これにより、観察者は左の目
により左目用の映像を見、右の目により右目用の映像を
見て、擬似的な三次元画像を体験する。

【０００１】また、他の立体映像形成方法として、例え
ば、特公昭５７−１６３２１８号に示されるように、多
数のＬＣＤ画像表示器を奥手前方向に平行に並べ、各Ｌ
ＣＤ画像表示器に選択的に画像を高速で映し出し、目の
残像効果によって三次元画像を得る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
三次元画像形成方方法は、実際に形成された三次元画像
を直接観察するものではなく、生理的な作用として立体
視を実現するものであるから、立体視を体験できる者は
特殊な眼鏡を着用した者だけに限られる。また、観察者
の視点位置を変えても画像の見え方には変化がない。観
察者が生理的に立体画像をイメージするために疲れ易
い。

【０００３】また、後者の三次元映像形成方方法では、
映像を表示するＬＣＤ画像表示器を多数集めた構成であ
るので装置が大変高価である。また、画素欠陥等のない
大型パネルを作ることは技術的に困難である。

【０００４】よって、本発明は、複数人の者が同時に立
体視を体験できる三次元画像形成装置を提供することを
目的とする。

【０００５】また、本発明は、比較的に大画面の三次元
画像を形成することの可能な三次元画像形成装置を提供
することを目的とする。

【０００６】また、本発明は、比較的に安価に構成可能
な三次元画像形成装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の三次元画像形成装置は、光の透過率を変え
ることのできる可変透過スクリーンの複数枚を、一方向
において各可変透過スクリーンが互いに平行になるよう
に配置して構成される三次元スクリーンと、上記三次元
スクリーンに複数の画像を連続的に投影する画像投影部
と、各画像の投影に連動して前記可変透過スクリーンの
いずれかに映像が形成されるように各可変透過スクリー
ンの透過率を制御する制御部と、を含む。

【０００８】また、本発明の三次元画像形成装置は、二
次元画像を担う画像信号とこの画像を映写すべき位置を
示す位置信号とを含む複数のフレーム信号からなる映像
信号の各フレームの画像信号と位置信号とを分離する信
号再生部と、光の透過率を変えることのできる可変透過
スクリーンの複数枚を、一方向において各可変透過スク
リーンが互いに平行になるように配置して構成される三
次元スクリーンと、上記画像信号によって形成した複数
の画像を連続的に上記三次元スクリーンに投影する画像
投影部と、各画像の投影毎に各画像に対応する位置信号
に基づいて各可変透過スクリーンの透過率を制御し、映
写すべき可変透過スクリーンを選択する制御部と、を含
む。

【０００９】かかる構成とすることによって、観察者の
視覚に残像効果が生じ、立体視が実現可能となる。

【００１０】好ましくは、上記制御装置は、いずれか１
の可変透過スクリーンを不透明又は半透明とし、その他
の可変透過スクリーンを透明に制御する。

【００１１】好ましくは、上記画像投影部は、上記位置
信号に基づいて各画像の投影位置を制御する。

【００１２】好ましくは、上記可変透過スクリーンは、
電圧の印加によって光の透過率が制御される液晶パネル
である。

【００１３】好ましくは、上記液晶パネルの相互間は、
該液晶パネルの表面の膜と略同等の屈折率を持つ媒質で
埋設（あるいは充填）される。それにより、異媒質の界
面における反射、屈折、空気流の乱れによる乱反射等を
防止して（投影）透過光の光量の減少を防止することが
出来る。

【００１４】好ましくは、上記画像投影部は、ブラウン
管型プロジェクション、液晶型プロジェクション、マイ
クロミラー・アレイ型プロジェクションあるいはレーザ
ー光線走査を用いて映像を形成する。

【００１５】本発明のゲーム装置は、上述した三次元画
像形成装置を含んで、立体的に見える仮想空間でゲーム
を楽しむことが可能である。

【００１６】本発明の情報記録媒体は、ビデオ信号の複
数フレーム分の画像データと、各フレームを投影すべき
位置を決める表示位置データと、音声データと、ゲーム
プログラムとを含む。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の原理的な
構成を説明する説明図である。

【００１８】まず、光源（投光器）１からの白色放射光
は集光レンズ２により集光され光束となり、例えば、カ
ラーＬＣＤパネルを使用した、画像変調器３を通過す
る。この画像変調器３を通過する際に、光束は１フレー
ム相当の画像情報を担うカラー画素マトリクスによる画
像変調を受けて着色光となり、投影レンズ４を経て三次
元スクリーン５に上に投影映像を形成する。

【００１９】三次元スクリーン５は、奥手前方向（一方
向）に互いに平行に配置された複数枚の可変透過スクリ
ーン５ａ〜５ｇによって構成される。いずれかの可変透
過スクリーンが遮断あるいは半透明状態となって投影映
像を映し、他の可変透過スクリーンは、透明状態となっ
て投影光を通過させる。

【００２０】可変透過スクリーンは、例えば、液晶シャ
ッタ５ａ〜５ｇによって構成される。液晶シャッタは、
水平偏光膜、第１のガラス基板、透明電極膜、液晶、透
明電極膜、第２のガラス基板、垂直偏光膜等のＬＣＤパ
ネル構造によって構成される。両透明電極膜間に印加す
る電圧によって液晶のねじれを制御し、通過光を制御す
ることが可能である。好ましくは、液晶は透過率が白濁
と透明間に変化するものを用いる。制御の態様として
は、遮断、透明（全通過）、半透明（遮断〜全通過中間
状態、半通過）が可能である。

【００２１】後述するスクリーンの選択手段によって、
いずれか一つの可変透過スクリーンを遮断し他を全て通
過とし、このスクリーン上に投影レンズ４によって画像
を結像する。スクリーンの選択とレンズ位置（結像位
置）制御を対応させることにより、画像の映る位置が奥
手前方向に移動する。これを高速に行うと、観察者の視
覚の残像効果によって立体感（立体視）が得られる。

【００２２】図２は、可変透過スクリーンが択一的に選
択される様子を模式的に示している。図中、オンは透明
（全通過）、オフは遮断（阻止）を表している。

【００２３】あるシーンにおいて、奥から手前方向に焦
点を移動して何枚か撮影したフレーム予め用意し、これ
を三次元スクリーン５の奥のスクリーンから手前のスク
リーンに順次にかつ高速に映し出せば、残像効果によっ
て観察者に立体が像が認識される。同図の例では、投影
像が径の異なる円を映しており、観察者には立体的な球
として認識される。

【００２４】このように、電気的励起により透明にな
り、非励起により不透明もしくは半透明になるパネルの
不透明もしくは半透明状態をスクリーンとして映像を投
影することにより、かつ投影する映像とスクリーンとし
て作動させるパネルの選択を連動させることにより、各
パネルに応じた映像を与えることにより、空間的に三次
元映像を作り出すことが可能となる。

【００２５】図３は、上述した原理を採用した三次元画
像生成装置の例を説明するブロック図である。

【００２６】同図において、三次元画像生成装置は、光
源１、集光レンズ２、カラーＬＤＣパネル、可動レンズ
４、三次元スクリーン５、再生装置１０、画像メモリ部
１１、液晶駆動部１２、レンズ駆動部１３、ＬＣＤシャ
ッタ駆動部１４、音声復調部１５、スピーカ１６、入力
装置１７、情報記録媒体２１等によって構成される。

【００２７】情報記録媒体２１には、図４に示すような
フレーム形式のビデオ信号（コンポジット信号）が記録
されている。ビデオ信号の１フレーム（一画面）のデー
タは、このフレームを表示すべき可変透過スクリーンと
投影レンズ位置を決める表示位置データ、１フレーム分
の画像データ、音声データが含まれている。表示位置デ
ータは、例えば、撮影カメラの距離計のデータより演算
し、画像データと共に各フレームに記録することが可能
である。また、ゲーム装置のシミュレーションの画像で
ある場合には、仮想空間における形成画像（コンピュー
タグラフィックス）の遠景、中景、近景、等の背景を立
体的に表示するために演算処理して形成した画像フレー
ムのデータを使用することが可能である。また、情報記
録媒体２１にはゲームプログラムの記録が可能である。
情報記録媒体２１は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−
ＲＯＭ、メモリカセット、ＩＣメモリ等の単体の媒体の
他、通信ネットワーク等のオンライン情報記録媒体を使
用することが可能である。

【００２８】再生装置１０は、情報記録媒体２１から記
録信号を読取って画像データ、音声データ、表示位置デ
ータを分離する。分離された画像データは、２フレーム
相当の容量のバッファメモリを持つ画像メモリ部１１に
転送される。バッファメモリは書込み及び読出しを同時
に行うことができ、読出された各画素のデータは、液晶
駆動部１２のマトリクス駆動回路に与えられる。液晶駆
動部１２はＬＣＤパネル３の１フレーム相当の各カラー
画素のスイッチを駆動する。これにより、光源１より放
射された光束は画像情報を担う投影光となる。

【００２９】分離された表示位置データは、レンズ駆動
部１３、ＬＣＤシャッタ駆動部１４に供給される。レン
ズ駆動部１３は、表示位置データをデコードし、投影レ
ンズ４の位置を制御する。投影レンズ４は、例えば、レ
ンズ周囲に巻回された駆動コイルの電磁力とその周囲の
磁界との相互作用により、光軸方向における位置が各画
像フレーム毎に決定される。

【００３０】なお、焦点距離の異なるレンズを複数円盤
状に配置し、回転させることにより、必要なレンズと投
影画像とを組合わせても良い。また、焦点距離の長いレ
ンズを用いてレンズ駆動を不要にすることも可能であ
る。

【００３１】また、表示位置データは、ＬＣＤシャッタ
駆動部１４にも供給される。ＬＣＤシャッタ駆動部１４
は、表示位置データをデコードし、該当するＬＣＤシャ
ッタをオフ（遮断）又は半透明とし、その他のＬＣＤシ
ャッタをオン（通過）とする。この操作によって、元の
画像データが予定された奥行位置のスクリーン投影され
る。

【００３２】分離された音声データは、音声復調部１５
のバッファメモリに一旦記憶されデコードされて音声信
号に変換される。この音声信号は、スピーカによって音
声として出力される。

【００３３】入力装置１７は、情報記録媒体の演奏指令
やプログラム選択等の入力を行う。

【００３４】なお、上述した三次元画像生成装置は、こ
れをゲーム装置に組込むことが出来、その場合には、立
体的な映像を体験しながら三次元ゲームを楽しむことが
可能になる。

【００３５】図５は、本発明の他の実施の形態を示して
おり、図３と対応する部分には同一を付し、かかる部分
の説明は省略する。

【００３６】この例では、カラーＬＣＤパネル３に変え
てマイクロミラーアレイ３１を使用している。マイクロ
ミラーアレイ３１は、微小ミラーを画素数分マトリクス
状に配列し、各ミラーの傾斜角度を個別に制御可能とし
たものである。Ｒ、Ｇ、Ｂの各フレームの画像情報によ
って各ミラーを制御することにより、反射光を画像情報
によって変調された投影光とすることが可能である。マ
イクロミラーアレイ３１は、例えば、ＤＭＤ(Digital M
icromirror Device、テキサスインスツルメント社商品
名)を使用することが可能である。

【００３７】マイクロミラーアレイ３１で、画像変調さ
れた投影光は、マイクロミラーアレイのＲ、Ｂ、Ｇの各
フレームの変調に同期して回転する３色フィルタ３２を
通過して時分割的なＲ、Ｂ、Ｇ光となり、スクリーン状
に投影される。それにより、カラーの三次元画像が認識
される。なお、ＲＧＢに対応した３つのマイクロミラー
アレイ３１で反射した３つの反射光を合成して一つのカ
ラー画像の投影光とすることが可能である。

【００３８】図６は、本発明の他の実施の形態を示して
おり、図３と対応する部分には同一を付し、かかる部分
の説明は省略する。

【００３９】この例では、画像情報の１フレームをＲ、
Ｇ、Ｂ信号に再生し、それぞれブラウン管型の青色投射
管４１、緑色投射管４２、赤色投射管４３に供給する。
青色投射管４１、緑色投射管４２、赤色投射管４３がそ
れぞれ放射する光束を全反射ミラー４４、ハーフミラー
４５及び４６で合成してカラー投影光を得る。これを全
反射ミラー４７によって立体スクリーン５に投影するこ
とによって、前述したと同様に三次元画像を体験するこ
とが可能となる。

【００４０】図７は、観察者が反射光により、立体像を
体験する場合を示している。この場合、選択されたスク
リーンは白濁した遮断状態とし、そのスクリーンよりも
手前側のスクリーンは全透過状態とする。

【００４１】図８は、観察者が透過光により、立体像を
体験する場合を示している。この場合、選択されたスク
リーンは好ましくは半白濁した通過状態とし、その他の
スクリーンは全透過状態とする。半白濁状態とすること
によって曇りガラスに像を映すのと同様の効果が得られ
る。また、強い光線を直視することを回避可能となる。

【００４２】なお、画像メモリでの画素データの並びを
変えることによって左右反転、上下反転像等を得ること
ができる。更に、データ処理を加えることによって、画
像の陰陽反転等を行うことが可能である。

【００４３】図９は、本発明の他の実施の形態を示して
おり、図３と対応する部分には同一符号を付し、かかる
部分の説明は省略する。

【００４４】この例では、フレネルレンズ５１を用いて
光束を立体スクリーン面に対して垂直に入射させ、プロ
ジェクタからの投影光のフォーカスを各スクリーン面毎
に合焦させる操作を不要としている。

【００４５】このような三次元画像形成装置は、例え
ば、ゲーム装置の画像表示装置として使用される。三次
元画像形成装置を用いてゲームの仮想空間を表示する
と、遊技者は立体的な仮想世界を体験することができ
る。この場合、情報記録媒体に予め記録された画像デー
タが使用される他、ゲーム装置のＣＰＵによって形成さ
れた画像データが使用される。また、媒体に予め記録さ
れた背景の画像を後方のスクリーンに表示し、三次元の
ポリゴンキャラクタの画像データを手前側のスクリーン
に表示することを高速に繰返して、立体的な合成画像が
形成される。

【００４６】図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の
実施例を説明する説明図である。同図は、三次元透過ス
クリーン５を液晶シャッタ５ａ〜５ｇによって構成した
場合の改良例を説明している。各液晶シャッタのシャッ
タ部５２は、水平偏光膜、第１の透明基板（ガラス、Ｐ
ＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等）、透明電極
膜、液晶、透明電極膜、第２の透明基板（ガラス、ＰＥ
Ｔ等）、垂直偏光膜等によって構成される。このシャッ
タ部５２の両側に保護膜として、例えば、ＰＥＴによる
膜５１，５３が形成される。

【００４７】図１０（ａ）に示すように、液晶シャッタ
５ａ〜５ｇの相互間は適当な距離を持って配置されてお
り、液晶シャッタ相互間に空気が介在する。この空気
は、ＰＥＴとは屈折率が異なる。空気及びＰＥＴの境界
面に対して斜めに入射した投影光は境界面で屈折し、あ
るいは反射する。液晶シャッタの平行光線透過率は、７
０〜８０％程度であり、ロスの殆どは、入射光線がＰＥ
Ｔ膜の表面で反射することによって発生する。三次元透
過スクリーン５には複数の境界面があるので、投影光の
通過ロスは大きいものとなり易い。また、光源などによ
って加熱された空気は対流を生じ、空気流の揺らぎによ
って投影光の屈折や通過ロスを生ずる。

【００４８】そこで、図１０（ｂ）に示すように、シャ
ッタ部５２表面（両側面）の材料５１及び５３と、屈折
率が略同等の材料５４を埋設（あるいは充填）する。例
えば、ＰＥＴと屈折率の近い液体材料あるいは固体材料
によってシャッタ部５２相互間を充填（あるいは埋設）
する。液体材料５４は、隙間なくシャッタ部５２表面の
材料と密着する点で都合がよい。屈折率が同じ材料（媒
質）間では、光線は直進する。それにより、屈折や反射
を減らし、投影光が三次元透過スクリーン５を可及的に
直進するようにして、三次元透過スクリーン５の画面の
明るさの低下を防止する。また、材料５４として液体材
料を用いた場合、これを冷却剤として使用することも可
能である。材料５４としてＰＥＴ等の固体材料を用いた
場合、各液晶シャッタ５ａ〜５ｇ間の平行度維持や三次
元透過スクリーン５の機械的強度を確保することも容易
となる。

【００４９】以上説明したように、本発明の実施の形態
によれば、液晶シャッタを複数枚平行に配置してスクリ
ーンを形成し、そこに画像を投影する。そして、いずれ
かの液晶シャッタを遮断あるいは半遮断とし、他のシャ
ッタ群を開放とすることにより、奥手前方向において画
像が映るスクリーンが決定される。これを各フレーム毎
に高速で行うことにより、残像効果によって映像を三次
元的に体験することが可能となる。

【００５０】このようにして生成された三次元画像は複
数の人が同時に異なった位置から、特別な装置を装着す
ることなく観察することが出来、かつ現実の物体を見る
のと同様、目の位置を変えれば画像の見え方が変わる
（視点位置を変えて観ることができる）。

【００５１】また、液晶シャッタはオンオフだけの働き
をするもので、膨大な画素構造を有する画面表示器とし
てのＬＣＤパネルより構造が簡単で安価である。従来の
ＬＣＤ表示器を多数配列する方法に比べ、はるかに安く
提供でき、かつ大画面化も容易である。

【００５２】画像投影方式としては、上述した、ブラウ
ン管方式プロジェクション、液晶プロジェクション、Ｄ
ＭＤ投影の他、レーザ光線を用い、各パネルにラスタス
キャンによる走査映像を作り上げても良い。

【００５３】

【発明の効果】本発明の三次元画像形成装置によれば、
複数の可変透過スクリーンの透過率を制御していずれか
のスクリーンに画像を映写することを素早く繰返して立
体画像を得るので、比較的簡単な構造で大きい画面の立
体視を実現可能となって好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の原理を説明する説明図であ
る。

【図２】可変透過スクリーンの制御態様を説明する説明
図である。

【図３】三次元画像の構成例を説明するブロック図であ
る。

【図４】情報記録媒体から読取った再生データ信号の構
成を説明する説明図である。

【図５】三次元画像の他の構成例（マイクロミラー・ア
レイ）を説明するブロック図である。

【図６】三次元画像の構成例（投射管）を説明するブロ
ック図である。

【図７】反射光による立体視を説明する説明図である。

【図８】透過光による立体視を説明する説明図である。

【図９】フレネルレンズを用いて焦点位置調整を不要と
した例を説明する説明図である。

【図１０】三次元透過スクリーンの他の構成例を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１光源２集光レンズ３ＬＣＤパネル（液晶シャッタ）４投影レンズ（可動レンズ）５立体スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 5/36 ５１０Ｇ０９Ｇ 5/36 ５１０Ｖ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の透過率を変えることのできる可変透過
スクリーンの複数枚を、一方向において各可変透過スク
リーンが互いに平行になるように配置して構成される三
次元スクリーンと、前記三次元スクリーンに複数の画像を連続的に投影する
画像投影部と、各画像の投影に連動して前記可変透過スクリーンのいず
れかに映像が形成されるように各可変透過スクリーンの
透過率を制御する制御部と、を含む三次元画像形成装置。
【請求項２】二次元画像を担う画像信号とこの画像を映
写すべき位置を示す位置信号とを含む複数のフレーム信
号からなる映像信号の各フレームの画像信号と位置信号
とを分離する信号再生部と、光の透過率を変えることのできる可変透過スクリーンの
複数枚を、一方向において各可変透過スクリーンが互い
に平行になるように配置して構成される三次元スクリー
ンと、前記画像信号によって形成した複数の画像を連続的に前
記三次元スクリーンに投影する画像投影部と、各画像の投影毎に各画像に対応する位置信号に基づいて
各可変透過スクリーンの透過率を制御し、映写すべき可
変透過スクリーンを選択する制御部と、を含む三次元画像形成装置。
【請求項３】前記制御装置は、いずれか１の可変透過ス
クリーンを不透明又は半透明とし、その他の可変透過ス
クリーンを透明に制御する、請求項１又は２記載の三次
元画像形成装置。
【請求項４】前記画像投影部は、前記位置信号に基づい
て前記画像の投影位置を制御する、請求項２又は３記載
の三次元画像形成装置。
【請求項５】前記可変透過スクリーンは、電圧の印加に
よって光の透過率が制御される液晶パネルである、請求
項１乃至４記載の三次元画像形成装置。
【請求項６】前記液晶パネルの相互間は、該液晶パネル
表面の膜と略同等の屈折率を持つ媒質で埋設される、請
求項５記載の三次元画像形成装置。
【請求項７】前記画像投影部は、ブラウン管型プロジェ
クション、液晶型プロジェクション、マイクロミラー・
アレイ型プロジェクションあるいはレーザー光線走査を
用いて映像を形成する、請求項１乃至５のいずれかに記
載の三次元画像形成装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の三次元
画像形成装置を含むゲーム装置。
【請求項９】ビデオ信号の複数フレーム分の画像データ
と、各フレームを投影すべき位置を決める表示位置デー
タと、音声データと、ゲームプログラムとを含む情報記
録媒体。