JP2002027504A

JP2002027504A - 立体画像表示システム

Info

Publication number: JP2002027504A
Application number: JP2000202314A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyazaki; 誠宮崎; Ken Yoshii; 謙吉井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】体積走査によって立体画像を表示するシステ
ムにおいて、スクリーンの表示空間内に表示される立体
画像の照度分布を均一化すること。【解決手段】回転軸Ｚを中心に回転するスクリーン３
８に対して回転中心（回転軸Ｚ）からの距離に応じて所
定の輝度勾配を設定し、スクリーン３８に投影される断
面画像の照度分布を調整する。例えば、画素Ｐ１は回転
中心からの距離がｒであり、画素Ｐ２は４ｒであるた
め、画素Ｐ１の照度が画素Ｐ２の照度の４倍となるよう
に輝度勾配を設定する。そして、そのような輝度勾配に
基づいてスクリーン３８に投影する断面画像の照度分布
の調整を行う。この結果、スクリーン３８による表示空
間には、内周側の照度と外周側の照度とが均一なものと
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、体積走査法によ
って立体画像を表示する立体画像表示システムに関し、
特に、スクリーン回転方式による立体画像表示システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、立体画像を表示するための立体画
像表示システムとして、特開２０００−７８６１６号公
報に開示されるものがある。この立体画像表示システム
は、いわゆる体積走査法によって立体画像の表示を実現
するものであり、高速に回転するスクリーンが所定角度
ごとの位置にあるときに、表示対象物の断面画像を順次
に投影することによって、残像効果を生じさせて断続的
に投影される断面画像の包絡を視認させて、スクリーン
の回転空間（表示空間）内に表示対象物の立体画像を表
示するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
立体画像表示システムでは、スクリーン上に断面画像を
投影する場合、スクリーンの平面内において均一な照度
分布で断面画像を投影するため、スクリーンの内周側と
外周側とで単位時間当たりに走査する体積が異なること
から、スクリーンの内周側が比較的明るくなるのに対
し、外周側は内周側に比べて暗くなる。すなわち、スク
リーンを回転させることにより、表示空間内に表示され
る立体画像の見かけ上の照度分布が、内周側と外周側と
で不均一なものとなるのである。

【０００４】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、スクリーンの表示空間内に表示さ
れる立体画像の照度分布を均一なものとする立体画像表
示システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、回転するスクリーンに表
示対象物の断面画像を順次に投影することによって、前
記スクリーンの表示空間内に前記表示対象物の立体画像
を表示する立体画像表示システムであって、前記スクリ
ーンの回転中心からの距離に応じた輝度勾配を設定して
前記断面画像の照度分布を調整する照度分布調整手段
と、前記照度分布の調整された前記断面画像を発生さ
せ、前記スクリーンに投影する手段とを備えている。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の立体画像表示システムにおいて、前記輝度勾配は前記
距離が大きくなるにつれて大きくなるように設定される
ことを特徴としている。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の立体画像表示システムにおいて、前記輝
度勾配が、前記回転中心において、前記断面画像の照度
を有効とするための所定値以上の値に設定されることを
特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の立体画像表示システムにお
いて、前記照度分布調整手段が、前記輝度勾配に基づい
て前記断面画像に関する断面画像データの画素ごとの輝
度値を補正することによって、前記断面画像の照度分布
を調整することを特徴としている。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の立体画像表示システムにお
いて、前記照度分布調整手段が、前記輝度勾配の基づい
て光の透過率の設定が施された光量分布フィルタで構成
され、当該光量分布フィルタが前記断面画像を前記スク
リーンに投影するための光路中に介挿されることによっ
て前記断面画像の照度分布を調整することを特徴として
いる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１１】＜１．第１の実施の形態＞＜１−１．全体システムの構成＞この発明に係る立体画
像表示システムの実施の形態として、立体画像表示シス
テム１の全体的な構成を図１に示す。この立体画像表示
システム１は、いわゆる体積走査法によって表示対象物
の立体表示を行う立体画像表示装置１００と、立体画像
表示装置１００に対して表示対象物の断面画像に関する
データ（断面画像データ）を供給するホストコンピュー
タ３とから構成されている。

【００１２】立体画像表示装置１００は、後述するよう
に所定の回転軸を中心に高速で回転するスクリーンに対
して表示対象物の断面画像を断続的に投影することによ
って残像効果を発生させて立体画像を表示する。そし
て、回転するスクリーンの位置（角度）に応じて投影す
る断面画像を更新していくことにより、様々な表示対象
物の立体像を表示する。

【００１３】ホストコンピュータ３は、ＣＰＵ３ａとデ
ィスプレイ３ｂとキーボード３ｃとマウス３ｄとを含ん
で構成されるいわゆる一般的なコンピュータシステムで
ある。なお、キーボード３ｃとマウス３ｄとは、断面画
像生成を行う際の各種条件を操作入力するための操作入
力手段として機能する。

【００１４】このホストコンピュータ３には、予め入力
されている表示対象物の形状データ（３次元画像デー
タ）からスクリーンが回転する際の各角度に対応する断
面画像の２次元画像データ（断面画像データ）を生成す
る処理を行うソフトウェアが組み込まれている。このた
め、ホストコンピュータ３は、表示対象物の形状データ
からスクリーンの回転角度に応じてスクリーン上に投影
すべき表示対象物の断面画像データを生成することがで
き、その生成された断面画像データを立体画像表示装置
１００に供給する。

【００１５】ホストコンピュータ３と立体画像表示装置
１００との間では、オンラインによるデータの受け渡し
が可能であるとともに、可搬型の記録メディア４を介し
てのオフラインによるデータの受け渡しも可能である。
記録メディア４としては、光磁気ディスク（ＭＯ）、コ
ンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、ディジタルビデオデ
ィスク（ＤＶＤ−ＲＡＭ）、メモリカード等がある。

【００１６】＜１−２．立体画像表示装置＞次に、立体
画像表示装置１００の一実施形態について説明する。図
２は、立体画像表示装置１００の概観を示す図である。
この立体画像表示装置１００は、スクリーン３８に断面
画像を投影するための光学系や各種データ処理を行うた
めの制御機構が内蔵されたハウジング２０と、そのハウ
ジング２０の上部側に設けられて内部に回転するスクリ
ーンを収容する円筒状の風防２０ａとを備えている。

【００１７】風防２０ａはガラスやアクリル樹脂等の透
明な材質で形成されており、内部側で回転するスクリー
ン３８に投影される断面画像を外部より視認することが
できるように構成されている。また、風防２０ａは内部
空間を密封しており、そのことによってスクリーン３８
の回転の安定化や回転駆動するモータの消費電力の低減
を図っている。

【００１８】ハウジング２０の前面側には液晶ディスプ
レイ（ＬＣＤ）２１、着脱可能な操作スイッチ２２、記
録メディア４の着脱口２３が配置されており、また側面
側にはディジタル入出力端子２４が設けられている。液
晶ディスプレイ２１は、操作入力を行う際の操作案内画
面の表示手段及び表示対象物のインデックスのための２
次元画像の表示手段として用いられる。ディジタル入出
力端子２４はＳＣＳＩ端子あるいはＩＥＥＥ１３９４端
子等である。さらにハウジング２０の外周面の４箇所に
は音声出力のためのスピーカ２５が配置されている。

【００１９】スクリーン３８による立体画像の表示は、
操作スイッチ２２に設けられた各ボタンを操作すること
によって記録メディア４に記録されているデータファイ
ルから立体表示を行いたい断面画像データを選択した
り、又はホストコンピュータ３側に保存されているデー
タファイルから断面画像データを選択することにより開
始される。

【００２０】次に、立体画像表示装置１００においてス
クリーン３８上に断面画像を投影するための機構につい
て説明する。図３は、立体画像表示装置１００における
光学系を含む構成を示す図である。図３に示すように立
体画像表示装置１００における光学系は、照明光学系４
０と投影光学系５０とＤＭＤ（ディジタル・マイクロミ
ラー・デバイス）３３とＴＩＲプリズム４４とを備えて
構成される。

【００２１】ＤＭＤ３３は、スクリーン３８に投影する
断面画像（光像）を発生させるために設けられたもので
あって、１辺が１６μｍ程度の矩形の金属片（例えばア
ルミニウム片）の極めて小さなミラーを１画素として１
チップあたり数十万枚の規模で平面に敷き詰めた構造を
有し、各画素直下に配置されたＳＲＡＭ出力の静電電界
作用により各ミラーの傾斜角を個々に±１０度で制御で
きるデバイスである。なお、ミラーの角度制御は、ＳＲ
ＡＭ出力の「１」、「０」に対応して、ＯＮ／ＯＦＦの
バイナリ制御であり、光源４１からの光が当たると、Ｏ
Ｎ（またはＯＦＦ）の方向を向いているミラーで反射し
た光だけが投影光学系５０の方向に進み、ＯＦＦ（また
はＯＮ）の方向を向いているミラーで反射した光は有効
な光路から外れ投影光学系５０の方向には進まない。こ
のように個々のミラーに対するＯＮ／ＯＦＦ制御を断面
画像データに基づいて行うことにより、ＯＮ／ＯＦＦの
ミラー分布に対応した断面画像（光像）が生成されてス
クリーン３８に投影されることになる。

【００２２】なお、各ミラーの傾斜角を制御して反射す
る光の方向を切り換えるが、この切り換え時間の調整
（反射する時間の長さ）により各画素の濃淡（階調）を
表現することができ、１色につき２５６階調が表現でき
る。そして、光源４１からの白色光を周期的に切り替わ
るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のカラーフィル
タ４３に通し、通過した各色にＤＭＤチップを同期させ
ることでカラー画像を形成したり、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色ご
とにＤＭＤチップを準備して３色の光を同時に投影する
ことでカラー画像を形成することができる。

【００２３】このようなＤＭＤ３３は、第一に光利用効
率が非常に高いこと、第二に高速応答性を有することの
２つの大きな特徴を有しており、一般にはその高い光利
用効率を活かしてビデオプロジェクタ等の用途に使用さ
れている。

【００２４】この実施形態においては、ＤＭＤ３３のも
う一つの大きな特徴である高速応答性を利用することに
より、残像効果を利用する体積走査法において表示対象
物に関する立体画像の表示を効果的に行うことができる
ように実現される。

【００２５】ＤＭＤ３３は一枚一枚のミラーの偏向の応
答性が約１０μｓｅｃであることと、画像データの書き
込みが一般的なＳＲＡＭとほぼ同様の方法でできること
から、１枚の画像を生成するのに要する時間は１ｍｓｅ
ｃあるいはそれ以下ときわめて高速である。仮に１ｍｓ
ｅｃであるとすると、残像効果を実現するために１／１
８ｓｅｃで１８０゜（すなわち毎秒９回転）の体積走査
を行う場合に生成できる断面画像の数は約６０枚とな
る。従来この種の立体画像表示装置において断面画像を
発生させるために検討されていたＣＲＴや液晶ディスプ
レイ等と比較すると、ＤＭＤ３３は単位時間当たりはる
かに多くの断面画像をスクリーン３８上に投影すること
ができ、非回転対称形状の立体の表示のみならず、動画
像の表示にも対応することができるのである。

【００２６】また、ＤＭＤ３３の特徴の１つである光の
利用効率の高さも、より明るい断面画像をスクリーン３
８上に投影することで残像効果を高めることに寄与し、
ＣＲＴ方式等と比較して高品位の立体画像の表示を可能
にする。

【００２７】なお、図３に示すようにＤＭＤ３３の画像
生成面側には、照明光学系４０からの照明光を各微小ミ
ラーに導くとともに、ＤＭＤ３３で生成された断面画像
を投影光学系５０に導くためにＴＩＲプリズム４４が配
設されている。

【００２８】照明光学系４０は、白色光源４１と照明レ
ンズ系４２とを有しており、白色光源４１からの照明光
は照明レンズ系４２により平行光とされる。照明レンズ
系４２はコンデンサレンズ４２１、インテグレータ４２
２、カラーフィルタ４３、リレーレンズ４２３及び光量
分布フィルタ４２４により構成される。白色光源４１か
らの照明光はコンデンサレンズ４２１により集光されて
インテグレータ４２２に入射する。そして、インテグレ
ータ４２２によって光量分布が均一な状態とされた照明
光は、光量分布フィルタ４２４によってＤＭＤ３３に導
く光の光量分布を調整する。光量分布フィルタ４２４
は、光路に垂直なフィルタ面において照明光の透過率が
異なるように設定されており、フィルタ面の各位置に入
射する光は各位置の透過率に応じて透過するので、光量
分布フィルタ４２４を透過する光はフィルタ面の透過率
に応じた光量分布の調整が行われることになる。なお、
光量分布フィルタ４２４に設定される透過率の詳細につ
いては後述する。

【００２９】そして、光量分布の調整された光は、回転
式のカラーフィルタ４３によってＲ，Ｇ，Ｂのいずれか
の色成分に分光され、分光された照明光はリレーレンズ
４２３により平行光とされた上で、ＴＩＲプリズム４４
に入射し、ＤＭＤ３３上に照射される。

【００３０】ＤＭＤ３３は、ホストコンピュータ３から
与えられる断面画像データに基づいて個々の微小ミラー
の傾斜角度を変化させることにより照明光のうちの断面
画像を投影するのに必要な光成分のみを投影光学系５０
に向けて反射させる。

【００３１】投影光学系５０は投影レンズ系５１とスク
リーン３８とを有している。投影レンズ系５１は両テレ
セントリックレンズ５１１と投影レンズ５１３と投影ミ
ラー３６，３７と像回転補償機構３４とを備えており、
このうち投影レンズ５１３と投影ミラー３６，３７はス
クリーン３８を回転軸Ｚのまわりに回転させる回転部材
３９の内部側に配置されている。

【００３２】ＤＭＤ３３で反射された光（断面画像）は
両テレセントリックレンズ５１１により平行光にされ、
断面画像の回転補償を行うために像回転補償機構３４を
通過する。そして、像回転補償機構３４において回転補
償が行われた光束は投影ミラー３６、投影レンズ５１
３、投影ミラー３７を経由して最終的にスクリーン３８
の主面（投影面）上に投影される。

【００３３】この光学系において、投影ミラー３６、投
影レンズ５１３、投影ミラー３７及びスクリーン３８は
回転部材３９に固定されており、回転部材３９の回転と
ともにスクリーン３８の中心軸を含む垂直な回転軸Ｚの
回りに角速度Ωで回転する。つまり、体積走査を行うた
めにスクリーン３８を回転させる際には、回転部材３９
内部に配置された投影ミラー３６、投影レンズ５１３及
び投影ミラー３７もスクリーン３８と一体となって回転
するため、スクリーン３８がいかなる角度となっても常
にその正面側から断面画像の投影を行うことができるの
である。

【００３４】スクリーン３８の回転角度は位置検出器７
３により常に検出されている。位置検出器７３において
検出されたスクリーン３８の回転位置情報は、立体画像
表示装置１００に設けられた表示制御部３７０に与えら
れる。

【００３５】立体画像表示装置１００には、ホストコン
ピュータ３から供給される断面画像データを一時的に記
憶するメモリ３８０と、位置検出器７３から得られる回
転位置情報に基づいてＤＭＤ３３に断面画像データを与
える表示制御部３７０とが設けられている。

【００３６】メモリ３８０はスクリーン３８が３６０°
回転（又は１８０°回転）する間の所定の角度間隔ごと
のスクリーン位置にて投影すべき複数の断面画像に関す
る断面画像データを記憶することができるように構成さ
れている。

【００３７】そして、表示制御部３７０が位置検出器７
３から得られる回転位置情報に基づいて、メモリ３８０
に記憶されている複数の断面画像のうちから一の断面画
像を選択し、その断面画像データをＤＭＤ３３に与える
ように構成されている。

【００３８】この結果、ＤＭＤ３３においてスクリーン
の位置に応じた断面画像（光像）が生成されてスクリー
ン３８上に投影されるのである。

【００３９】また、投影レンズ５１３の役割は、光束が
スクリーン３８上に至るところで適切な画像サイズをな
すようにすることである。また、投影ミラー３７はスク
リーン３８に投影される立体画像を観察する際に観察者
の視線を妨げないように、スクリーン３８の正面の斜め
下方向（図３の場合は回転部材３９の内部側）から断面
画像を投影するように配置されている。なお、投影レン
ズ５１３の投影ミラー３６及び３７に対する位置的な順
序関係は必ずしも本実施形態にとらわれるものではな
い。

【００４０】ここで、像回転補償機構３４について説明
する。図３に示す像回転補償機構３４は、いわゆるイメ
ージローテータの構成によって実現されている。スクリ
ーン３８が取り付けられている回転部材３９がある回転
角度に位置する場合に、スクリーン３８上に投影されて
いる断面画像を基準像とする。もし像回転補償機構３４
を用いないとすると、回転部材３９が回転するにつれ投
影される断面画像はスクリーン３８上で面内回転し、回
転部材３９が１８０゜回転したところで投影される断面
画像は基準像に対し上下が逆転した像になってしまう。
この現象を防ぐものが像回転補償機構３４である。

【００４１】図３に示す像回転補償機構３４は複数のミ
ラーを組み合わせて構成されるイメージローテータを使
用している。イメージローテータを光軸まわりに回転さ
せると、入射画像に対する出射画像がイメージローテー
タの角速度の２倍の角速度で回転して出射される性質が
ある。したがって、スクリーン３８が取り付けられてい
る回転部材３９の角速度の１／２の角速度でイメージロ
ーテータを回転させることによって、スクリーン３８の
回転にかかわらず正立した断面画像を常に投影すること
が可能になる。

【００４２】なお、像回転補償機構としてはイメージロ
ーテータ以外にダブ（タイプ）プリズムを使用しても同
様の効果が得られる。また、ここに説明した像回転補償
機構３４を使用せず、ＤＭＤ３３の表面上に生成する断
面画像をスクリーン３８の回転角度に応じて光軸まわり
に回転する像とすることで投影像の回転を打ち消すよう
にしても良い。

【００４３】ここで、スクリーン３８および回転部材３
９の斜視概観図の一例を図４に示す。図４に示すように
回転部材３９は円盤形状をなし、その側面に回転駆動手
段となるモータ７４の回転軸が接することによって回転
駆動される。なお、回転部材３９の中心軸にモータを直
結したり、歯車やベルトを介して駆動させるようにして
も良い。

【００４４】図４に示すようにスクリーン３８がある回
転角度θ１にあるとき、そのスクリーン位置θ１に対応
した表示対象物の断面画像Ｑ１（ＤＭＤ３３で生成）が
スクリーン３８に投影される。そこから微小時間が経過
してスクリーン３８が所定角度回転し、その回転角度が
θ２になったとき、今度はスクリーン位置θ２に対応し
た表示対象物の断面画像Ｑ２（ＤＭＤ３３で生成）がス
クリーン３８に投影される。

【００４５】投影ミラー３６、投影レンズ５１３および
投影ミラー３７はスクリーン３８に対して一定の位置関
係を保ったまま共に回転するので、スクリーン３８上に
は回転にかかわらず常に断面画像が投影され続ける。そ
して回転部材３９を３６０゜回転（若しくは１８０°回
転）させた時点で再び始めと同じ断面画像が現れ、１回
の体積走査が完了する。このような動作を回転部材３９
の回転速度を残像効果が起きるように十分に速く、かつ
投影する断面画像の枚数を十分に多くすることによっ
て、観察者はスクリーン３８が回転して形成される回転
空間（表示空間）内に断面画像の包絡としての立体画像
を視認することができるのである。

【００４６】以上のような構成により、立体画像表示装
置１００において回転するスクリーン３８に順次に断面
画像を投影することができ、表示空間内に立体画像の表
示を行うことが可能になるのである。

【００４７】ここで、スクリーン３８に投影する断面画
像の照度分布がスクリーン３８の投影面において均一で
ある場合には、スクリーン３８を回転させると、回転中
心となる回転軸Ｚに近い側と、遠い側とでは見かけ上の
照度が異なることとなる。

【００４８】図５は、スクリーン３８における同一高さ
位置における２つの画素Ｐ１，Ｐ２を示す図である。図
５に示すように、画素Ｐ１は回転中心となる回転軸Ｚか
ら距離ｒだけ離れた位置にあり、画素Ｐ２は回転軸Ｚか
ら距離４ｒだけ離れた位置にある。

【００４９】また、図６は、これらの画素Ｐ１，Ｐ２が
スクリーン３８の回転に伴って移動する軌跡を示す図で
ある。図６に示すように、画素Ｐ１がスクリーン位置θ
１からスクリーン位置θ２まで移動すると仮定すると、
その移動により画素Ｐ１は体積空間Ｖ１を走査するとと
もに、画素Ｐ２は体積空間Ｖ２を走査する。ここで、ス
クリーン３８に投影される断面画像全体において、単位
面積当たりの照度分布が均一である仮定すると、画素Ｐ
１が体積空間Ｖ１を移動することによってもたらす単位
体積当たりの照度と、画素Ｐ２が体積空間Ｖ２を移動す
ることによってもたらす単位体積当たりの照度とが異な
ったものとなる。具体的には、画素Ｐ１による単位体積
当たりの照度が、画素Ｐ２による単位体積当たりの照度
よりも小さいものとなるのである。そして、画素Ｐ１は
回転中心から距離ｒだけ離れた位置にあり、画素Ｐ２は
その４倍の距離である４ｒだけ回転中心から離れた位置
にあるため、体積空間Ｖ２における単位体積当たりの照
度は体積空間Ｖ１における単位体積当たりの照度の１／
４となる。

【００５０】図７は、表示空間における径方向に単位体
積当たりの照度分布を示す図である。図７に示すよう
に、スクリーン３８が回転する体積走査によって立体表
示を実現する場合、スクリーン３８の回転中心からの距
離に応じて単位体積当たりの照度が低下することとな
る。つまり、スクリーン３８による表示空間内におい
て、表示空間の中心付近においては比較的に明るく鮮明
な立体画像が表示されるのであるが、表示空間の中心か
ら外側に向かうにつれて立体画像の明るさが低下し、立
体画像の外縁部分の鮮明度が低下するという事態が生じ
るである。

【００５１】このような単位体積当たりの照度分布を均
一化する方法として、投影する断面画像に対して予め回
転軸からの距離に応じた輝度勾配を設定し、その輝度勾
配に基づいてスクリーン３８に投影する断面画像の照度
分布を調整する方法が考えられる。図８は、単位体積当
たりの照度分布を均一化するために設定される投影する
断面画像に対して予め回転軸からの距離に応じた輝度勾
配Ｌ１を示す図である。図８に示すように、輝度勾配Ｌ
１は、スクリーン３８の投影面において単位面積当たり
の照度分布が回転中心からの距離に比例して大きくなる
ように設定されている。つまり、スクリーン３８の投影
面に均一な照度分布の断面画像を投影すると、スクリー
ン３８が回転することによって単位体積当たりの照度分
布が不均一になることから、図８に示すように、スクリ
ーン３８の回転に伴って見かけ上の照度が低下すること
となる回転中心から離れた部分については、回転中心か
らの距離に応じて断面画像の照度を上げるような輝度勾
配Ｌ１が設定されるのである。

【００５２】例えば、画素Ｐ２については、画素Ｐ１よ
りも照度分布が４倍となるように設定され、スクリーン
３８が回転することによって相対的に低下する照度分を
補完するように設定される。

【００５３】この結果、表示空間に表示される立体画像
の単位体積当たりの照度分布は、図９に示す状態とな
る。図９に示すように、輝度勾配Ｌ１に基づいてスクリ
ーン３８に投影される断面画像の水平方向（径方向）に
ついて照度分布を調整することによって、スクリーン３
８による表示空間内での単位体積当たりの照度分布を径
方向について均一な状態とすることができ、立体画像を
均一な明るさで表示することができるのである。

【００５４】なお、図９に示すように、スクリーン３８
の回転中心付近では表示空間に表示される立体画像の照
度は０となる。これは図８の輝度勾配Ｌ１が回転中心付
近において０となっているからであり、この輝度勾配Ｌ
１に基づいて照度を調整したとしても回転中心付近にお
いては、断面画像の照度が０となるからである。このた
め、回転中心以外の領域においては、均一な照度の立体
画像を表示することができる一方、表示空間の回転中心
においては残像効果による立体画像の表示を行うことが
できない。

【００５５】そこで、図８の輝度勾配Ｌ１を変形して回
転中心においても適切な立体画像表示を行うことができ
るようにすることがより好ましい。図１０は、そのよう
な輝度勾配Ｌ２を示す図である。図１０に示すように輝
度勾配Ｌ２は回転中心においてもその値が０となること
はなく、回転中心付近においても残像効果が良好に得ら
れるような所定の値を有するように設定される。

【００５６】このような輝度勾配Ｌ２に基づいて断面画
像の照度分布を調整すると、表示空間における単位体積
当たりの照度分布は、図１１に示すようになる。すなわ
ち、図１０に示すような輝度勾配Ｌ２に基づいて断面画
像の照度分布を調整すれば、それによって表示空間にお
ける回転中心付近においても照度が０となることはな
く、回転中心においても良好に立体画像の表示を行うこ
とが可能となっているのである。したがって、図１０に
示すような輝度勾配Ｌ２を採用することによって、その
輝度勾配Ｌ２に応じた照度調整によって単位体積当たり
の照度分布を回転中心においても均一化することがで
き、それによって表示空間に全域において均一な照度分
布の立体画像を表示することが可能になるのである。

【００５７】この実施の形態においては、上記のような
表示空間における径方向についての照度分布の調整を行
うために、断面画像をスクリーン３８に投影するための
光学系に対して光量分布フィルタ４２４が設けられてい
るのである。すなわち、この実施の形態において光量分
布フィルタ４２４は照度分布調整手段として機能するの
である。そして、光量分布フィルタ４２４に設定される
透過率は、上記図８又は図１０に示した輝度勾配Ｌ１又
はＬ２に基づいて設定される。具体的には、光量分布フ
ィルタ４２４において断面画像の回転中心付近に対応す
る光成分はその透過成分が小さくなるように透過率を低
く設定し、断面画像の左右両端側に向かうにつれて光の
透過成分が大きくなるように透過率を高く設定する。つ
まり、断面画像の回転中心からの距離が大きくなるにつ
れて透過率が高くなるように設定されるのである。

【００５８】この結果、ＤＭＤ３３に導かれる照明光で
は、スクリーン３８の回転中心付近に対応する部分では
照度が小さく、また、スクリーン３８の両端側に向かう
につれて照度が大きくなる。したがって、スクリーン３
８を回転軸Ｚを中心に回転させたとしても、表示空間の
全域にわたって立体画像の見かけ上の照度を均一化する
ことが可能となり、品質の高い立体画像を表示すること
ができる。

【００５９】特に、光量分布フィルタ４２４において図
１０に示すような輝度勾配Ｌ２に基づいた透過率を設定
した場合には、回転中心においても立体画像の表示を行
うことができるので、立体画像の照度の均一性をさらに
向上させることが可能になる。

【００６０】＜１−３．ホストコンピュータ＞次に、ホ
ストコンピュータ３について説明する。図１２は、ホス
トコンピュータ３における機能構成を示すブロック図で
ある。ホストコンピュータ３のＣＰＵ３ａは、形状デー
タ記憶部９１、立体表示条件入力部９２、断面画像演算
部９３として機能する。そして、表示対象物の形状デー
タから、スクリーン３８が回転する際に各断面画像を投
影すべき所定角度ごとのスクリーン位置に対応させた断
面画像データを生成し、それを立体画像表示装置１００
に供給するように構成されている。

【００６１】形状データ記憶部９１は、表示対象物の形
状（模様や彩色が施されていてもよい。）が３次元座標
系における輝度データとして表現された形状データを記
憶する。

【００６２】また、立体表示条件入力部９２は、ホスト
コンピュータ３におけるキーボード３ｃ等からの入力情
報に基づいて表示対象物をどのような大きさや姿勢で表
示するかについての表示条件等を設定するものであり、
ここで設定される表示条件等は断面画像演算部９３へと
与えられる。

【００６３】断面画像演算部９３は、形状データ記憶部
９１から形状データを読み出し、立体表示条件入力部９
２からの表示条件等に基づいて、その形状データから各
スクリーン位置にて投影すべき複数の断面画像に関する
断面画像データを生成する。

【００６４】図１３は、断面画像演算部９３において行
われる形状データから断面画像データへの変換過程を示
す図である。まず、図１３（ａ）のような表示対象物の
形状データに対して、回転表示を行う際の中心軸となる
回転軸を設定する。この状態が図１３（ｂ）である。そ
して、形状データを１回転（又は半回転）で何分割する
かを表示条件等に基づいて決定し、図１３（ｃ）に示す
ように分割数に応じて表示対象物をほぼ均等な角度Δθ
ごとの放射面状に切断する。この切断するときの各断面
の位置がスクリーン３８に対して断面画像を投影すべき
スクリーン位置に対応する。そして、図１３（ｃ）に示
す各スクリーン位置に対応する断面画像データを生成す
ることにより、図１３（ｄ）に示すような所定角度ごと
に切断された表示対象物の断面画像に関する断面画像デ
ータが生成される。

【００６５】図１３（ｄ）に示すような１回転（又は半
回転）する際に表示対象物の立体画像を表示するのに必
要な断面画像群が、１シーン分の断面画像データとな
る。この１シーン分の断面画像データに基づいて、立体
画像表示装置１００において立体表示を行うことによ
り、表示対象物がある一つの状態にあるときの立体画像
を投影することができるのである。なお、動画像の場合
は、断面画像演算部９３において表示対象物の初期状態
から最終状態に至るまでの各形態のそれぞれについて、
１シーンを１つのまとまりとする断面画像データが順次
に導出されていき、それらデータが順次に立体画像表示
装置１００側に供給されていくのである。

【００６６】そして、立体画像表示装置１００において
ＤＭＤ３３が断面画像をスクリーン３８の回転位置に応
じて生成する際には、光量分布フィルタ４２４を通過し
た照明光によって回転中心付近において照度が低く、か
つ、左右両端側では照度の高い断面画像を生成すること
ができる。そのため、回転するスクリーン３８には水平
方向（径方向）に照度調整の施された断面画像を順次に
投影することができ、表示空間において表示される立体
画像は均一な照度分布となる。

【００６７】また、この実施の形態では、照明光を光量
分布フィルタ４２４に通過させるだけで、照度調整を実
現しているので、データ処理によって照度調整を行う場
合に比べ、高速な立体画像の照度の均一化を図ることが
できる。

【００６８】＜２．第２の実施の形態＞次に、この発明
の第２の実施の形態について説明する。上記第１の実施
の形態では、スクリーン３８に投影される断面画像の照
度分布を調整する照度分布調整手段として光量分布フィ
ルタ４２４が光学系に配置される構成例について説明し
たが、この実施の形態においては、ホストコンピュータ
３において断面画像データの輝度データを補正すること
により照度分布の調整を行う例について説明する。な
お、この実施の形態においても立体画像表示システム１
の基本的な構成は第１の実施の形態におけるものと同様
である。

【００６９】図１４は、第２の実施の形態におけるホス
トコンピュータ３の機能構成を示すブロック図である。
ホストコンピュータ３のＣＰＵ３ａは、形状データ記憶
部９１と立体表示条件入力部９２と断面画像演算部９３
と照度分布調整部９４とを備えている。形状データ記憶
部９１と立体表示条件入力部９２と断面画像演算部９３
とは、第１の実施の形態において説明したものと同様で
ある。そして、この実施の形態においては、断面画像演
算部９３において生成された断面画像データは照度分布
調整部９４に与えられる。

【００７０】照度分布調整部９４は、断面画像データを
構成する画素ごとの輝度データに対し、図８又は図１０
に示した輝度勾配Ｌ１，Ｌ２に応じた係数を乗算するこ
とによって、輝度データの補正を行う。具体的には、照
度分布調整部９４は、図８又は図１０の輝度勾配Ｌ１，
Ｌ２に対応する係数データを保有しており、断面画像デ
ータを構成する複数の画素のうちから１画素単位で補正
対象となる画素の抽出を行い、その補正対象となる画素
が断面画像における水平方向（径方向）の位置を特定す
る。そして、その補正対象となる画素の水平方向の位置
に応じて、図８又は図１０の輝度勾配Ｌ１，Ｌ２の係数
データを輝度データに乗算することによって当該補正対
象画素についての輝度データの補正を行って照度調整を
行うのである。

【００７１】したがって、照度分布調整部９４は、断面
画像データを立体画像表示装置１００に対して出力する
前段階で、断面画像の径方向に対する照度調整を行うこ
とができ、ホストコンピュータ３で生成される断面画像
データにおいて照度分布の調整を行うことができる。つ
まり、輝度勾配Ｌ１，Ｌ２に応じた係数データと、断面
画像を構成する画素の位置とに応じて、画素ごとの輝度
データのダイナミックレンジを調整するのである。その
結果、ＤＭＤ３３にて生成される各スクリーン位置での
断面画像は、回転中心付近では照度が低く、かつ、左右
両端側では照度の高いものとなる。

【００７２】そのため、立体画像表示装置１００におい
て回転するスクリーン３８には水平方向（径方向）に照
度調整の施された断面画像を順次に投影することがで
き、表示空間において表示される立体画像は均一な照度
分布となる。

【００７３】なお、この実施の形態においても特に図１
０に示した輝度勾配Ｌ２を採用すれば、回転中心におい
ても立体画像の表示を行うことができるので、立体画像
の照度の均一性をさらに向上させることが可能になる。

【００７４】このように、この実施の形態においては、
照度分布調整手段として照度分布調整部９４が設けられ
ている。そして、その照度分布調整部９４が、スクリー
ン３８の回転中心からの距離に応じて設定される所定の
輝度勾配Ｌ１，Ｌ２に基づいて、断面画像に関する断面
画像データの画素ごとの輝度データを補正することによ
って、スクリーン３８に投影される断面画像の照度分布
の調整を行うように構成されているので、回転するスク
リーン３８には水平方向（径方向）に照度調整の施され
た断面画像を順次に投影することができ、表示空間にお
いて表示される立体画像は均一な照度分布となる。

【００７５】また、この実施の形態では、断面画像デー
タに対するデータ処理によって照度調整を行うことがで
きるので、第１の実施の形態のように光学系に光量分布
フィルタを設ける必要がなく、光学系の小型化等を実現
することが可能である。換言すれば、スクリーン３８に
投影するための断面画像データにおいて照度分布の均一
化を図ることができるので、立体画像表示装置１００の
構造にかかわらず立体画像における照度分布の均一化を
実現することができるのである。

【００７６】＜３．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記各実施の形態で
説明した内容のものに限定されるものではない。

【００７７】例えば、立体画像表示装置１００において
断面画像を発生させる手段としてＤＭＤ３３を採用した
構成例について説明したが、ＤＭＤ３３以外の素子や装
置等を使用してもよい。

【００７８】また、上記の説明においては、立体画像表
示装置１００とホストコンピュータ３とが別体として構
成された立体画像表示システム１について説明したが、
立体画像表示装置１００に上記のホストコンピュータ３
の機能が設けられたシステム構成としてもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、スクリーンの回転中心からの距離に応じ
た輝度勾配を設定して断面画像の照度分布を調整し、照
度分布の調整された断面画像を発生させて回転スクリー
ンに投影するように構成されているため、回転するスク
リーンの表示空間内に表示される立体画像の照度分布を
均一にすることができ、高品質な立体画像を表示するこ
とができる。

【００８０】請求項２に記載の発明によれば、輝度勾配
は距離が大きくなるにつれて大きくなるように設定され
るため、回転するスクリーンの表示空間内に表示される
立体画像の外周側と内周側の照度分布を均一化すること
ができ、高品質な立体画像を表示することができる。

【００８１】請求項３に記載の発明によれば、輝度勾配
は、スクリーンの回転中心において、断面画像の照度を
有効とするための所定値以上の値に設定されるため、回
転中心においても立体画像に含まれる画像成分を表示す
ることができ、より高品質な立体画像を表示することが
できる。

【００８２】請求項４に記載の発明によれば、照度分布
調整手段は、輝度勾配に基づいて断面画像に関する断面
画像データの画素ごとの輝度値を補正することによっ
て、断面画像の照度分布を調整するように構成されてい
るため、スクリーンに投影するために用いられる断面画
像データにおいて照度分布の均一化を図ることができ
る。

【００８３】請求項５に記載の発明によれば、照度分布
調整手段が、輝度勾配の基づいて光の透過率の設定が施
された光量分布フィルタで構成され、当該光量分布フィ
ルタが断面画像をスクリーンに投影するための光路中に
介挿されることによって断面画像の照度分布を調整する
ように構成されているため、光量分布フィルタに光を通
過させるだけで照度分布の均一化を図ることができ、効
率的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】立体画像表示システムの全体的な構成を示す図
である。

【図２】立体画像表示装置の概観を示す図である。

【図３】立体画像表示装置における光学系を含む構成を
示す図である。

【図４】スクリーンおよび回転部材の斜視概観図の一例
を示す図である。

【図５】スクリーンにおける同一高さ位置における２つ
の画素Ｐ１，Ｐ２を示す図である。

【図６】画素Ｐ１，Ｐ２がスクリーンの回転に伴って移
動する軌跡を示す図である。

【図７】表示空間における径方向に単位体積当たりの照
度分布を示す図である。

【図８】回転軸からの距離に応じた輝度勾配の一例を示
す図である。

【図９】表示空間に表示される単位体積当たりの照度分
布を示す図である。

【図１０】回転軸からの距離に応じた輝度勾配の一例を
示す図である。

【図１１】表示空間における単位体積当たりの照度分布
を示す図である。

【図１２】ホストコンピュータにおける機能構成を示す
ブロック図である。

【図１３】形状データから断面画像データへの変換過程
を示す図である。

【図１４】第２の実施の形態におけるホストコンピュー
タの機能構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１立体画像表示システム３ホストコンピュータ３８スクリーン９１形状データ記憶部９３断面画像演算部９４照度分布調整部（照度分布調整手段）１００立体画像表示装置３７０表示制御部４２４光量分布フィルタ（照度分布調整手段）Ｐ１，Ｐ２画素Ｌ１，Ｌ２輝度勾配

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H059 AC08 5C061 AA06 AA11 AA23 AB14 5G435 AA01 AA16 BB12 BB17 CC11 EE16 GG46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転するスクリーンに表示対象物の断面
画像を順次に投影することによって、前記スクリーンの
表示空間内に前記表示対象物の立体画像を表示する立体
画像表示システムであって、前記スクリーンの回転中心からの距離に応じた輝度勾配
を設定して前記断面画像の照度分布を調整する照度分布
調整手段と、前記照度分布の調整された前記断面画像を発生させ、前
記スクリーンに投影する手段と、を備えることを特徴と
する立体画像表示システム。
【請求項２】請求項１に記載の立体画像表示システム
において、前記輝度勾配は前記距離が大きくなるにつれて大きくな
るように設定されることを特徴とする立体画像表示シス
テム。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の立体画像
表示システムにおいて、前記輝度勾配は、前記回転中心において、前記断面画像
の照度を有効とするための所定値以上の値に設定される
ことを特徴とする立体画像表示システム。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の立体画像表示システムにおいて、前記照度分布調整手段は、前記輝度勾配に基づいて前記
断面画像に関する断面画像データの画素ごとの輝度値を
補正することによって、前記断面画像の照度分布を調整
することを特徴とする立体画像表示システム。
【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の立体画像表示システムにおいて、前記照度分布調整手段が、前記輝度勾配の基づいて光の
透過率の設定が施された光量分布フィルタで構成され、
当該光量分布フィルタが前記断面画像を前記スクリーン
に投影するための光路中に介挿されることによって前記
断面画像の照度分布を調整することを特徴とする立体画
像表示システム。