JP2002250896A - 自動立体像投影システムおよび立体像投影方法 - Google Patents

自動立体像投影システムおよび立体像投影方法

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JP2002250896A
JP2002250896A JP2001371407A JP2001371407A JP2002250896A JP 2002250896 A JP2002250896 A JP 2002250896A JP 2001371407 A JP2001371407 A JP 2001371407A JP 2001371407 A JP2001371407 A JP 2001371407A JP 2002250896 A JP2002250896 A JP 2002250896A
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コバノン エドワード
John A Agostinelli
エー．アゴスティーンリー ジョン
Jose M Mir
エム．ミア ジョセ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 観視者の左右の眼に直接投影光を戻すように
修正された再帰反射スクリーン上に左右の画像を投影す
る立体像投影システムを提供する。 【解決手段】 画像の立体対を、修正されたキューブコ
ーナーの再帰反射部材上に投影することにより、自動立
体像が生成される。このキューブコーナーは、光を投影
光源に直接戻すのではなく観視者の眼に戻すように改変
されたという点に特徴がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動立体表示装置
の分野、より特定的には頭部取付け式プロジェクタおよ
び再帰反射スクリーンを利用した自動立体表示装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】自動
立体表示装置は、特殊なメガネを必要とせず観視者に対
して立体的映像を提示するものであり、非常に良く知ら
れている。往々にして鏡面表示装置と呼ばれる種類の自
動立体表示装置（Benton, Slowe, Kropp およびSmith
による J.O.Merritt. SS. FisherおよびM.T.Bolas, Ed
s, SPIE Proc, Vol.３６３９ 立体表示装置および仮想
現実システムVI（ＳＰＩＥ １９９９年１月）論文３６
３９−１０、第１頁内の「マイクロ偏光子ベースのマル
チビューワ自動立体表示装置」を参照のこと）は、ソー
スから観視者の眼へ光を導くために大型レンズ、鏡また
は再帰反射装置を使用している。
【０００３】鏡面自動立体表示装置において遭遇する問
題は、適切なソース画像に対応する光が観視者の眼の上
に固定された状態にとどまる条件を維持するため適切な
サーボを用いて観視者の眼を追跡する必要性に関するも
のである。例えば、Richardsによる米国特許第５,６７
１,９９２号は、観視者の別々の眼に対し別々の立体像
を中継する一対のプロジェクタを有する表示ユニットを
開示している。プロジェクタからの光は、まずビームス
プリッタそして次に再帰反射スクリーンに導かれ、ここ
でビームスプリッタを通して観視者の眼に戻される。Ri
chardsでは、眼の位置を検出し、観視者の眼とスクリー
ンにより形成されたプロジェクタの射出ひとみの画像と
の一致を維持すべくプロジェクタを移動させるために、
追跡およびサーボ手段が使用される。このタイプの問題
に対する１つのアプローチは、大規模な装備、すなわち
観視者の動きに対する制限である全ての可能な頭部位置
を予想しなければならず、各表示装置に１人という視聴
者の制限をもたらす表示装置を必要とするものである。
【０００４】異なるアプローチは、Fergasonに対し付与
された米国特許第５,６０６,４５８号により教示された
ものである。これらの参考文献においては、一対の頭部
取付け式プロジェクタから観視者の眼の中に投影光を戻
すのに再帰反射材料を使用する観視者頭部取付け式投影
システムが開示されている。かくして、プロジェクタの
射出ひとみの画像と観視者の眼の自動位置合せが達成さ
れる。しかしながら、この方法では、投影ビームが従来
の再帰反射スクリーンから直接ソースまで反射し戻され
ることから、頭部上にプロジェクタを取付けることのみ
ならずビームスプリッタ装置を眼の前に取付けることも
必要となる。ビームスプリッタを装着することは、眼に
戻る光量を減少させ、脆いものであることから、わずら
わしいと同時に見苦しいものでもあり、観視者が物体と
衝突した場合に危険でもあり得る。
【０００５】Spoonerに対する米国特許第４,３４７,５
０８号は、回折性オーバーレイヤを組込むことにより修
正された表面をもつじゅず玉タイプの再帰反射スクリー
ンを内蔵した、頭部連結式対象部域立体視覚表示装置に
ついて記述している。オーバーレイヤは、修正された再
帰反射光が観視者の眼の場所と心合せされるような形
で、再帰反射光のその従来の軌道からの偏向を提供す
る。このオーバーレイヤにより提供される偏向は、回折
効果によって達成される。 '５０８特許は、５５０ｎｍ
または５５０ｎｍ近辺の狭い波長範囲に適したオーバー
レイヤの設計を示している。オーバーレイヤ格子の単一
の回折次数が入射ラインより下でビューワの眼の中に導
かれる。残念ながら、再帰反射光の回折偏向は、波長感
応性回折である。直ちに明らかであるように、このアプ
ローチは、光の個々のスペクトル成分が異なる方向に戻
されることになるため、フルカラー画像には適していな
い。また、再帰反射スクリーン修正に対する回折による
アプローチは、入射ラインからの戻り光を特定の角度だ
け偏向させ、従ってスクリーンから特定の観視距離のと
ころでのみ作動する。
【０００６】本発明の表示システムは、観視者の眼に直
接投影光を戻すように、修正された再帰反射スクリーン
上に左右の画像を投影することおよび、観視者の動きと
一貫性ある形でシーンコンテンツを改変するよう動きに
応答する動的画像形成システムを用いることにより、立
体３次元シーンを凝視する視覚をユーザに提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、発明されたシ
ステムが、再帰反射表示装置と連結された頭部取付け式
プロジェクタシステムの全ての利点を有するものの、ビ
ームスプリッタの必要性を排除することにより、じゃま
であること、明るさ不足、重さおよび脆性といった前述
の欠点に対処するものであるという点で、より優れた解
決法を提供している。このことは、修正されたキューブ
コーナー再帰反射性材料（ｃｕｂｅ−ｃｏｒｎｅｒ ｒ
ｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）
を使用することによって達成される。通常、キューブコ
ーナー材料は、光線源の経路に沿って直接ビームを反射
し戻す。変形されたキューブコーナー材料を用いること
により、ビームは、プロジェクタに対してではなくむし
ろ眼に対し直接異なる経路に沿って反射し戻される。再
帰反射挙動の修正は、修正されたキューブコーナー要素
においては反射（回折ではなく）によって達成されるこ
とから、修正されたスクリーンは、マルチカラー画像さ
らにはフルカラー画像でも適切に機能する。
【０００８】本発明のこれらのおよびその他の態様、目
的、特徴および利点は、好ましい実施形態についての以
下の詳細な説明および上記特許請求の範囲を再検討し添
付図面を参照することにより、さらに明確に理解され評
価されるものと思われる。
【０００９】以下に紹介する本発明の好ましい実施形態
の詳細な説明においては、添付図面が参照される。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１、２および３を参照すると、
本発明によって作られた表示システム１０が例示されて
いる。このシステムは、椅子１８に座った観視者１６に
より観視される表示スクリーン１４を含んでいる。例示
した実施形態においては、椅子１８は、観視者１６によ
る観視を調整するために回転させることができるよう
に、ベース２０上に回転可能な形で取付けられている。
システム１０は、画像を表示スクリーン１４上に投影す
るための画像形成システム２２を含んでいる。この画像
形成システム２２は、コンピュータ２１およびディジタ
ル画像を得るためのディジタル画像形成ソース２４を含
む。コンピュータ２１は、システム２２内の専用コンポ
ーネントを制御し、その他のシステムおよび／またはシ
ステム１０内のコンポーネントから情報を提供または受
信するために使用される。例示した実施形態において
は、画像ソースは、視覚的画像信号のみならず音声信号
をも生成するディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレ
ーヤである。
【００１１】図３に例示する実施形態においては、画像
形成システム２２はさらに、ソース２４からレンズアセ
ンブリ６０へと画像を照射するための照射システム３６
が含まれている。安全上の理由から熱を散逸させるため
に任意の赤外線フィルタ３０が提供されている。レンズ
アセンブリ２８から出現する均質なろ過された照明が次
に光ファイバ束３４の入力面３２上に入射される。画像
形成システム２２には、間隔を取って配置された一対の
画像プロジェクタ３８、４０が、画像をスクリーン１４
上に表示するために含まれている。図１および２に例示
した特定の実施形態においては、プロジェクタ３８、４
０は、椅子１８に固定されたヘッドレスト４２上に取付
けられている。本明細書で後述するように、プロジェク
タは、観視者１６の眼４４のすぐそばに隣接して取付け
られ、かくしてプロジェクタ３８、４０から投影された
画像は、スクリーン１４から出て眼４４へと反射するよ
うになっている。画像形成ソース２４からの画像信号
は、ファイバ束３４によりプロジェクタ３８、４０に伝
送される。さらに、画像と結びつけられた音声部分もま
た、スピーカ／ヘッドホン４６といったような適切な音
声トランスジューサへと伝送される。音声を、オーディ
オ技術分野で周知のいずれかの従来のモノラル、ステレ
オ、またはサラウンドサウンド技術を用いて送り出すこ
ともできる、ということを理解すべきである。図１およ
び２は、表示に伴う音によって耳の働きがじゃまされな
いようにするためおよび余剰の熱を観視者の頭１６から
離しておくため、観視者１６の耳から適切な距離を置い
て椅子１８に取付けられた光源３６を示している。
【００１２】光ファイバ束３４は、照明システム３６か
らプロジェクタ３８、４０まで光を伝送する。特に光フ
ァイバ束３４の出力端５２は画像をライトバルブ（ｌｉ
ｇｈｔ ｖａｌｖｅ）アレイ５４まで伝送する。本発明
の目的に適したライトバルブアレイデバイス５４として
は、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、シリコ
ン上液晶デバイス、変形可能なマイクロミラーデバイ
ス、格子ライトバルブデバイスなどのタイプのいわゆる
マイクロディスプレイが含まれるが、これらに制限され
るわけではない。例えば偏光子５６および検光子５８と
いったような必要とされる偏光要素または各ライトバル
ブオプションに適したその他の要素が含まれるというこ
とが理解される。ライトバルブからの空間的に変調され
た光は次に、各プロジェクタ３８、４０内のレンズアセ
ンブリ６０に入る。レンズアセンブリ６０は、画像ビー
ム８２（図７）を修正された再帰反射スクリーン１４上
に投影する。
【００１３】再帰反射は、光学の当業者にとってはなじ
みのある概念であり、ある表面がもつ光線をその光源へ
と大幅に反射し戻す能力に関する用語である。これは、
全ての方向に光線を分散する標準的な拡散反射表面に対
比させたものである。画像をその上に投影することによ
って再帰反射表面が照明されたときに、光は大幅に光源
へと反射し戻され、かくして光源の近くにいる観視者に
対し、同じ様な観視者が光源からさらに離れたところで
見ると思われるものまたはかかる観視者が標準的な拡散
反射材料上に光を照射したときに見ると思われるものに
比べて一定の与えられた照明についてより明るい画像を
提供することになる。再帰反射スクリーンによって、観
視者に対し充分な照明レベルを提供するのに比較的出力
の低い光源を使用することが可能となる。
【００１４】再帰反射スクリーン表面の一例としては
「キューブコーナー」スクリーン材料がある。（投影ス
クリーンまたは交通標識のガラスビーズ入り表面といっ
たような）再帰反射スクリーン部材は、光線を光源に大
幅に反射し戻すが、「キューブコーナー」スクリーン部
材は、光線をほぼ完全にその光源へと反射する。キュー
ブコーナースクリーン上への画像投影のためには、この
スクリーンは事実上、プロジェクタレンズの射出ひとみ
（ｅｘｉｔ ｐｕｐｉｌ）の「画像」を、プロジェクタ
レンズ射出ひとみ上に戻して形成する。
【００１５】光線が、反射性で９０度の角度で交差する
内部表面をもつ３面キューブコーナー要素の中に入った
場合、入射光は、光線がキューブ内に入ったのと同じ方
向で出射するまでキューブの内部壁で反射する。キュー
ブコーナースクリーン部材は、数多くのこのような小さ
なキューブコーナー要素で構成された表面をもつ。図４
内のクロスハッチングは、各プロジェクタ３８、４０に
関して生成された反射された画像部域を例示している。
【００１６】キューブコーナーの内部交差角度を９０度
から選択的に修正することにより、キューブコーナーか
らの光線の出射経路は、入射経路と異なるものにされ、
反射された戻り光線の軌跡は、従来の再帰反射条件から
外れることになる。複数のかかる修正されたキューブコ
ーナーからなる修正されたキューブコーナースクリーン
については、修正されたスクリーンから反射した光は、
もはや、上述の投影レンズアセンブリ６０に至近の部域
（および半径方向にこれをとり囲む部域）に限定された
プロジェクタの出口「画像」を形成しない。その代わ
り、修正されたスクリーンは、投影レンズアセンブリ６
０のまわりの部域に対しプロジェクタ３８、４０から出
射する画像の反射「画像」を形成する。拡張した反射部
域の性質は、９０度からキューブコーナー二面角（ｄｉ
ｈｅｄｒａｌ ａｎｇｌｅ）を偏向させることによって
制御できる。好ましい実施形態においては、角度は図５
を見ると最も良くわかるように、出射光線が、プロジェ
クタ射出ひとみの水平に細長く伸ばした「画像」をプロ
ジェクタレンズ射出ひとみの平面内に形成するような形
で修正される。ここでわかるように、修正されたキュー
ブコーナーの反射された画像は、標準的キューブコーナ
ーの一般に円形の反射画像部域７２と異なり、プロジェ
クタのレンズアセンブリ６０に中心をおく細長い画像部
域７０（図中クロスハッチングで表す）を形成する。従
来技術のキューブコーナー表示スクリーンの円形部域
は、反射画像が付随するプロジェクタに向かって反射さ
れることから、観視者にとって適切な形で見えない。本
発明によって作られた修正されたキューブコーナー反射
スクリーンの使用とは対照的に、各プロジェクタについ
ての反射画像部域７０の一部分が観視者１６の隣接する
眼４４をカバーし、かくして観視者が単一の隣接するプ
ロジェクタからの反射画像を容易に観視することができ
るように、プロジェクタ３８、４０は、観視者１６の頭
４８に隣接して位置づけされている。
【００１７】本発明は、従来技術の立体ビューワで必要
とされているビームスプリッタの必要性を回避してい
る。さらに、反射されたビームが水平方向に細長くなっ
ていることにより、スクリーン１４に向かうまたはスク
リーン１４から離れる観視者４８の頭のわずかな動きに
よって、反射光ビームの部域の下から出るような眼が動
く結果とならない、という利点が得られる。その結果、
システムは自然な動きには耐え得るものとなる。プロジ
ェクタの射出ひとみの「画像」を観視者の眼の位置上に
のみ偏向させるように修正された再帰反射スクリーン
は、結果として、スクリーン上で観視される通りのより
明るい画像をもたらすことになるが、上述した動きに対
する耐性を放棄することになる。
【００１８】図６は、図７に例示されている反射画像部
域を提供する従来のキューブコーナー再帰反射スクリー
ンからの要素を示す。図８は、図９に示された反射画像
結果を提供するものと予想されるような本発明に従って
作られた修正されたキューブコーナー再帰反射スクリー
ンからの要素を示す。米国特許第４,７７５,２１９号
は、図８内に示されたタイプの修正されたキューブコー
ナー反射器要素を製造するための工作機械一式の調製に
ついて教示している。図７の要素は、角度αが図６の９
０度の角度βよりも広いという点で、図６の従来の要素
と異なっている。９０度からの角度αの偏差は、プロジ
ェクタレンズアセンブリ６０の「画像」の再帰反射の前
述した水平方向の伸長が達成されるような形で、真の再
帰反射からの偏差をひき起こす。
【００１９】図７は、従来のキューブコーナー再帰反射
部材８０のスクリーンがいかにして投射された光ビーム
８２を実質的に投影レンズ３８、４０に戻すかを例示し
ている。図９は、修正された再帰反射キューブコーナー
スクリーン部材のスクリーン１４上に投影された画像
が、もう一方の眼と交差することなく各プロジェクタ３
８、４０に最も近い眼をカバーする充分に伸長された画
像部域として反射され、かくして左および右の画像のク
ロストークを最小限におさえることを例示している。か
くして修正された再帰反射スクリーン１４からの光は該
スクリーンによって直接、観視者１６の眼４４に戻され
る。
【００２０】例示した実施形態においては、修正された
再帰反射スクリーン１４は、それが直立した状態にとど
まり容易に取り外しできるように脚８４（図１）の上に
取付けられている。スクリーンは、あらゆる望ましい要
領で取付けでき、例えば、制限するためではないが、ス
クリーン１４は、壁上、天井からまたは自立式構造体か
らスクリーンを吊り下げて、図１０に示すように椅子１
８に取付けられたブーム８６から吊下げられてもよく、
また表面あるいは壁に接着されてもよい。
【００２１】例示した実施形態においては、キューブコ
ーナー部材は、反射された画像部域を水平に伸長させる
べく修正されている。かくしてプロジェクタ３８、４０
は、観視者１６の眼４４に隣接して水平に位置づけされ
ている。従って、キューブコーナー要素の形状が修正さ
れると、投影は、観視者１６の眼４４との関係において
適切に位置づけされることになる。
【００２２】図４および５に示されているように、プロ
ジェクタ３８、４０は好ましくは、各々の眼からそれぞ
れ離れた短距離Ｄのところに配置される。距離Ｄは、観
視者の快適性および画像の明るさの最高の組合せを提供
するように選ばれる。左右のクロストーク、すなわち右
眼に入る左側プロジェクタ３８からの光および左眼に入
る右側プロジェクタ４０からの光のクロストークを図１
２および１４に例示されているように小さく保つことも
重要である。こうして、望ましくないゴースト画像の出
現が妨げられる。一定の与えられたスクリーンおよびス
クリーンからの観視者の距離について、クロストーク
は、隣接する眼との関係におけるプロジェクタ３８、４
０の位置により制御され得る。大きな横方向距離Ｄで
は、観視者１６の眼４４の上にはわずかな光しか入らな
い。プロジェクタ３８、４０をより大きい距離Ｄだけ移
動させるには、射出ひとみ「画像」の光をより広い部域
全体に広げるため、再帰反射要素のさらに高いゆがみが
必要となる。
【００２３】プロジェクタ３８、４０の前方／後方位置
づけは好ましくは、前方端部９０が、図１１に例示する
ような観視者の面９２′と一致する平面Ｐに位置づけさ
れることである。プロジェクタ３８、４０の前方端部９
０が図１３に示すように平面Ｐから後向きに距離ＤＰの
ところに位置づけされている場合には、投影された光
は、観視者１６の頭によってさらぎられ、さえぎられた
部域ＯＡを作り出す可能性がある。さらに、後方に設置
するときは、図１５に示すように平面Ｐから後ろにプロ
ジェクタを有する結果として自然にもたらされる、画像
の縮小を補償するために、投影された画像のさらなる伸
長を必要とした。プロジェクタ３８、４０が図１２に例
示するように実質的に平面Ｐの前方に配置されている場
合、プロジェクタ３８、４０は、観視者１６の周辺視野
をさえぎり、かつ左右両方の画像の一部分を各眼から見
るような状態を作り出し、前述のように画像クロストー
ク部域ＡＣを作り出す可能性がある。
【００２４】図１〜９により例示されている実施形態に
おいては、それぞれの眼が観視すべき画像のために、２
つの別々のプロジェクタ３８，４０が具備されている。
しかしながら、本発明はそのように制限されているわけ
ではない。本発明のもう１つの形態においては、左右の
光ファイバ束に供給を行うために単一の照明システムお
よびビームスプリッタを用いることにより、照明機構を
提供することができる。さらにもう１つの代替的システ
ムにおいては、照明光を左右の部分に分割するために単
一の照明システムおよび分岐した光ファイバ束を提供す
ることができる。
【００２５】当該技術分野において周知の適当な技術の
いずれかにより、図１および２内の表示装置によりフル
カラー画像を生成することができる。かかる技術として
は、交番の赤／緑／青色ＬＥＤでの逐次カラー投影、途
中に介挿されたカラーホイールまたはDigiLens（登録商
標）の使用による照明、切換え可能なカラーフィルター
要素（米国特許第５,８２５,４４８号参照）、別々のＲ
ＧＢライトバルブ（ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）でアレイ
およびビーム組合せ用光学器械または一体式カラーフィ
ルタを伴う単一アレイなどが含まれる。
【００２６】ここで再び図１および２を参照すると、画
像プロジェクタ３８，４０および音声スピーカ／ヘッド
ホン４６が、高さが調整可能なヘッドレスト４２に取付
けられている支持構造体９２に取付けられている。支持
構造体９２は好ましくは、観視者１６が容易に椅子１８
に座りまたそこから立つことができるようにするため画
像プロジェクタ３８、４０がより広く離隔すべく移動で
きるよう、旋回可能な形で取付けられている。支持構造
体９２を旋回させて、上下に移動させることにより支持
構造体を経路から外れるよう動かせるようにするという
のも、使用可能な１つの代替案である。さらに、観視者
１６が座ったとき頭の両側に対し最も近い快適な位置を
可能にすべく、頭にさらに近いところに支持構造体９２
をもってくることもできる。ヘッドレスト４２およびプ
ロジェクタ３８、４０をしっかりと保持する一般に入手
可能なあらゆるタイプまたは構造のヘッドレスト高さ調
整が適切である。
【００２７】例示された実施形態においては、画像プロ
ジェクタ３８、４０および音声トランスジューサ４６
は、椅子の占有者の頭に対する水平方向の近接性につい
て調整できるような形で支持構造体９２上に取付けられ
ている。これは、左眼および右眼上でのプロジェクタの
出力の適切な位置づけを可能にするように行われる。プ
ロジェクタ３８、４０は、そうでなければスクリーンの
上または下の部分が照明されないままになるような形
で、スクリーンから垂直方向に離れるように、投影光を
移動させることになるような椅子１８の調整（例えば背
もたれの傾斜）に応答して自由に旋回できるように、ア
ーム上に取付けられている。自由に旋回する投影アセン
ブリの使用および占有者が椅子を調整できる度合に対す
る制約条件は、椅子の占有者がどのように椅子を調整す
るかとは無関係に、投影された画像がスクリーンを上か
ら下まで満たし続けることを保証する。好ましくは、プ
ロジェクタ３８、４０は、自動焦点プロジェクタであ
り、投影技術の当業者にとってなじみのある、かつ静止
画および動画カメラについて一般的なあらゆる適切な技
法を利用することができる。
【００２８】プロジェクタ３８、４０が移動する間画像
内の固定物体をスクリーン１４との関係において固定位
置に保つため、位置および方向検知用サブシステムを具
備することができる。プロジェクタ３８、４０の方向検
知のための位置追跡技術としては、加速度計およびジャ
イロを用いる慣性システム、磁力計を用いた周囲システ
ム、傾動センサー、 光学基準マーク追跡システム、電
磁追跡などが含まれる。本発明の図１および２の実施形
態の椅子１８に対してきわめて適切な位置および方向性
追跡サブシステムには、旋回軸を中心とした椅子１８の
回転を測定するように取付けられた回転位置符号化デバ
イス９６が含まれる。適切な市販のあらゆる回転位置符
号化器を使用することができる。この位置情報は、プロ
ジェクタ３８、４０を移動させることにより、プロジェ
クタ３８、４０の運動によって引き起こされるスクリー
ン１４との関係における投影画像の物理的シフトを補償
するため、ソース画像のシフトが引き起こされるような
形で、プロジェクタ３８、４０に転送されるソース影像
を制御し修正するために使用される。回転位置情報は、
画像形成ソース２４の出力を修正するために用いられる
コンピュータ２１まで転送される。検知および補償の結
果、スクリーン１４上の動いていないスポットにそのシ
ーン内の静止対象が固定されることになる。プロジェク
タの光軸がスクリーン１４に対し垂直な位置から偏った
場合、投影された画像のゆがみが発生することになる。
かかるゆがみ（およびレンズ特性といったようなその他
の原因によるゆがみ）は、任意に、投影中に相殺する要
領でソース影像を予めゆがませることによって補償され
得る。左右側の回転に対するキーストーン（ｋｅｙｓｔ
ｏｎｅ）補償は、図１６に示すように円筒形の幾何形状
を持つスクリーン１０６が使用される場合は、不必要で
ある。本発明のもう１つの形態においては、プロジェク
タは、その光軸が常に椅子の前方および後方傾動に対し
て実質的に同じ位置にあるように、平衡にされる。
【００２９】図１７を参照すると、前述のものと同じ番
号が同じ部品および動作を表した画像安定化システムを
含む頭部取付け式プロジェクタシステム１１０を内蔵し
た、本発明の修正形態が例示されている。システム１１
０は、観視者１６が装着する調整可能なヘッドバンド１
１２を含む。画像形成 プロジェクタ３８、４０および
スピーカまたはヘッドホンといったような音声トランス
ジューサ４６は、調整可能なヘッドバンド１１２に取り
付けられている。プロジェクタ装置をしっかりと保持す
るあらゆる一般に入手可能で調整可能なヘッドバンドが
適切である。画像形成プロジェクタの場所は、本発明の
椅子取付け式実施形態について前述したのと同様の記述
にならって考慮することにより、決定される。本実施形
態においては、プロジェクタ３８、４０は、頭に装着さ
れることから、プロジェクタを側方外向きに移動させる
ことにより、さらなる非快適性が付与されることはな
い。プロジェクタ３８、４０は好ましくは、観視者の頭
のきわめて近くに設置される。
【００３０】さらに、紫外線（ＵＶ）ソース１１６およ
びＵＶカメラモジュール１１８を含む光学的位置検知用
サブシステム１１４が、修正された再帰反射スクリーン
１４に対するヘッドバンド取付け式プロジェクタ３８、
４０の空間的関係についての情報を提供し、ここでこの
再帰反射スクリーンの表面上に、ＵＶソース１１６によ
る照明を受け、かくしてその後固定画像を固定位置に維
持するために出力画像を修正するのに用いられる位置情
報への変換のため、コンピュータ２１へその出力が送ら
れる、ＵＶカメラ１１８によって視認できる基準マーク
１２０（図１８）がペイントされている。
【００３１】図１８は、修正された再帰反射スクリーン
１４に付加された基準マーク１２０の例を示す。人間の
目には見えない紫外線吸収材料の基準マーク１２０は、
例えば制限的な意味はないが、スクリーン印刷、ステン
シル、ウェブ印刷などといったあらゆる適切な技術によ
りスクリーン１４の表面に付加される。検知用サブシス
テム１１４は、スクリーン１４との関係におけるプロジ
ェクタ３８、４０の位置および方向性に関する情報を抽
出するため基準マーク１２０を検知する。例示した実施
形態においては、システム１１４は、紫外線感応式カメ
ラモジュール１１８および紫外線ソース１１６を含む。
紫外線ソース１１６からの照明の下で、マーク１２０は
暗い形状として現われる。例示した実施形態において
は、紫外線ソース１１６は、ＵＶ発光ダイオードであ
る。カメラモジュール１１８は好ましくはＣＭＯＳまた
はＣＣＤセンサーアレイ１２２および対物レンズ１２４
および適切な回路を含む。プロジェクタ３８、４０が回
転、傾動または何らかの形で動くと、紫外線マーク１２
０は、カメラモジュール１１８の視野の中で位置を変え
る。基準画像情報は、プロジェクタ３８、４０の方向性
を決定するために用いられる。ソース影像は次に、シー
ン内の固定対象が空間内の固定位置で投影された状態に
とどまり、かくしてスクリーンの基準フレーム内に固定
状態で現れるような形でシフトさせられる。このような
運動補償は、コンピュータ生成影像と共に頭部取付け式
表示装置内の仮想世界の観視のために用いられるものと
類似している。コンピュータ３次元グラフィックプログ
ラムによって作成されたのではないフォトリアリスティ
ック影像（例えば写真から導出された立体影像）につい
ては、プロジェクタ３８、４０に提供されるソース影像
は、全視野を提供するソースデータを必要とし、ここ
で、全視野は、本発明の頭部取付け式プロジェクタによ
って制限される、瞬間的に使われる視野よりも、大きい
ソース視野である。任意には、ソース影像に対する修正
には、前述のような考えられるキーストーンゆがみを補
償するための予備ゆがみを含むことができる。
【００３２】例えば、Canonに対し譲渡された米国特許
第５,２４３,４６２号または５,３１５,４３５号に開示
されているような光学的画像安定化技術を、頭部取付け
式プロジェクタの動き補償を補助するために採用するこ
ともできる。
【００３３】プロジェクタ３８、４０は、従来のマイク
ロ表示装置（例えば、Displaytechに対する米国特許第
５,７４８,１６４号およびKopin に対する第５,５２８,
３９７号に開示されている通り）と、レンズアセンブリ
１２６と、ビデオおよび音声用回路（図示せず）を備え
る。好ましくは、標準的にマイクロ表示ライトバルブ１
３０による供給を受けている光源１２８が、例えばさら
に高出力ＬＥＤといったより明るい光源に置換される。
反射性および透過性の両方のマイクロ表示デバイスタイ
プが、本発明の目的にとって有用である。光学出力が比
較的低いマイクロ表示デバイスを利用できるのは、修正
されたキューブコーナーシステムの非常に高い利点であ
る。
【００３４】レンズアセンブリ１２６は、上述の図１お
よび２の椅子取付け式実施形態の場合と同様に、マイク
ロ表示デバイスから、修正されたキューブコーナー再帰
反射スクリーン１４上へと空間的に変調された光を投影
する。
【００３５】プロジェクタ３８、４０に対する電力は、
バッテリによって提供されてもよいし、あるいは遠隔電
源から電線によりプロジェクタ３８、４０まで供給され
てもよい。
【００３６】この実施形態においては、情報は好ましく
は、高帯域幅のＲＦ（無線周波数）ワイヤレス接続を用
いてプロジェクタに入力される。その他の可能な接続の
形式としては、電線およびＩＲ（赤外線）が含まれる。
【００３７】音声および画像信号は、処理のため音声お
よびビデオ回路にもたらされる。処理された信号は、適
切な左および右側音声スピーカ／ヘッドホン４６および
左および右側マイクロ表示装置ライトバルブ１３０へと
導かれる。上述した図１および２の椅子取付け式実施形
態のように、マイクロ表示装置１３０からの空間的に変
調された光は、修正された再帰反射表面を介して左およ
び右の画像としてそれぞれ観視者の左眼および右眼内に
投影される。ここでもまた、図１および２の椅子取付け
式実施形態のように、修正されたキューブコーナー再帰
反射スクリーン１４は、プロジェクタ３８、４０からの
水平方向に細長い反射画像を形成し、その各々の一部分
が観視者１６のそれぞれの眼４４と交差する。
【００３８】プロジェクタ３８、４０は、反射された投
影が、付随するプロジェクタに最も近い眼の上に確実に
到達するようにするため、装着者の眼から適切な距離の
ところでヘッドバンド１１２に取付けられている。プロ
ジェクタ３８および４０は、任意には、当該技術分野で
はなじみのある、静止画および動画カメラで周知の適切
な技術を用いて自動焦点調整を達成するためのサブシス
テムを備える。好ましくは、自動焦点調整は、基準マー
ク１２０のパターンの拡大縮小変化を測定して、観視者
１６からスクリーン１４までの距離を評価することによ
って達成される。
【００３９】直ちに利用可能なマイクロ表示装置サブシ
ステムに対する一つの代替案として、適切な光源と組合
わされたその他のライトバルブアレイデバイスを利用す
ることもできる。
【００４０】当該技術分野では周知であり椅子取付け式
実施形態について既に述べた技術のいずれかにより、フ
ルカラー画像を生成することもできる。
【００４１】図１および２の椅子取付け式実施形態につ
いて前述したように、壁、天井などに取付けられた再帰
反射材料の構成または球形スクリーンを含め、さまざま
な代替スクリーン構成および配置を頭部取付け式実施形
態の場合に使用することができる。平面または円筒形ス
クリーンに対する１つの代替案として、図１９は、観視
者１６に対しより広い自由運動範囲を許容するために、
いかに球形スクリーン１０８を使用することができる
か、を例示している。ヘッドバンド取付け式プロジェク
タを装着した観視者に対してさらに運動の自由が与えら
れた状態で、スクリーン（単複）は、テーブルトップ、
直立ウィンドウとして使用されるさまざまな平面内に取
り付けられてもよいし、傾斜されてもよく、また天井の
ように取付けられてもよい。透明な平面が床として使用
されている状態でまたは椅子が球面スクリーンのより小
さなサブセクションの中心に配置された状態で、全球面
スクリーンから変化する形状にて、図１および２の椅子
取付け式実施形態について、図１９に描かれているもの
と類似したシステムを、想像することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による取付け式自動立体投影システムの
好ましい実施形態の上面図である。
【図２】本発明による取付け式自動立体投影システムの
好ましい実施形態の側面図である。
【図３】本発明による投影コンポーネントの構成の概略
図である。
【図４】従来技術の再帰反射スクリーンがいかにして投
影ソースに直接光を戻すかを例示する前面図である。
【図５】本発明の再帰反射スクリーンが観視者の眼に対
し光をいかに戻すかを例示する前面図である。
【図６】従来技術の未修正のキューブコーナースクリー
ン要素の詳細図である。
【図７】従来技術の再帰反射スクリーンがいかにして光
を直接投射ソースに戻すかを例示する概略図である。
【図８】本発明による修正済みキューブコーナースクリ
ーン要素の詳細図である。
【図９】本発明の再帰反射スクリーンが光をいかにして
観視者の眼に戻すかを例示する概略図である。
【図１０】本発明による本発明のブーム取付け式スクリ
ーン配置を示す図である。
【図１１】本発明の再帰反射スクリーンがいかにして光
を観視者の眼に戻すかを例示する上面図である。
【図１２】スクリーンに対し眼よりも前方に投影レンズ
を有することに起因するクロストークおよびプロジェク
タによる周辺のさえぎりを例示する上面図である。
【図１３】スクリーンに対し眼よりも後方に投影レンズ
を有することに起因する投影の顔面のさえぎりを例示す
る上面図である。
【図１４】スクリーン対し眼よりも前方に投影レンズを
有することに起因するクロストークを例示する前面図で
ある。
【図１５】スクリーンに対し眼よりも後方に投影レンズ
を有することに起因するさえぎりを例示する前面図であ
る。
【図１６】頭部取付け式投影表示装置の実施形態を装着
した観視者を伴う、本発明による円筒形表示システムを
例示する図である。
【図１７】頭部取付け式投影表示デバイスを備える本発
明の変形実施形態の斜視図である。
【図１８】本発明によるＵＶ基準マークを伴う、矩形再
帰反射スクリーンを例示する図である。
【図１９】本発明による頭部取付け式投影システムと共
に使用するための半球形再帰反射スクリーンを例示する
図である。
【符号の説明】
１０…自動立体観視用システム（表示システム） １４…修正された再帰反射スクリーン（表示スクリー
ン） １６…観視者/観視者の頭 １８…椅子 ２１…コンピュータ ２２…画像形成／音声システム ２３…音声／ビデオ／フィードバック入力ライン ２４…ディジタル画像ソース ２６…電源 ２８…集光レンズアセンブリ ３０…ＩＲフィルタ ３２…光ファイバ束の入力端 ３４…光ファイバ束 ３６…照明システム ３８,４０…画像プロジェクタ ４２…ヘッドレスト ４４…観視者の眼 ４６…音声トランスジューサ（ヘッドホン／スピーカ） ４８…観視者の頭 ５２…光ファイバ束の出力端 ５４…ライトバルブアレイ ５６…偏光子 ５８…検光子５８７７３３Ｗ ６０…レンズアセンブリ ７０…細長い画像部域 ７２…丸い画像部域 ８０…矩形再帰反射スクリーン ８２…光ビーム ８４…スクリーン脚部 ８６…スクリーンブーム ９０…レンズアセンブリの前方端部 ９２…支持構造体 ９２′…顔面 ９６…回転符号化器 １０６…円筒形スクリーン １０８…球面スクリーン １１０…頭部取付け式投影システム １１２…ヘッドバンド １１４…位置付け用サブアセンブリ（検知用サブシステ
ム） １１６…ＵＶソース １１８…ＵＶカメラ １２０…基準マーク １２２…ＣＣＤセンサーアレイ １２４…対物レンズ １２６…レンズアセンブリ １２８…光源 １３０…ライトバルブ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 (72)発明者 ジョセ エム．ミア アメリカ合衆国，ニューヨーク 14526, ペンフィールド，セイブルック ドライブ 32 Ｆターム(参考） 2H059 AA24 AA35 AA38 5C061 AA06 AA21 AA23 AB12 AB14 AB17 AB21

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持構造体と、 左側マルチカラー画像を投影するため第１の場所で前記
    支持構造体上に取付けられた左側プロジェクタと、 右側マルチカラー画像を投影するため第２の場所で前記
    支持構造体上に取付けられた右側プロジェクタと、 前記左側プロジェクタから観視者の左眼に対し直接前記
    左側マルチカラー画像の少なくとも一部分を反射し、前
    記観視者の右眼に対し前記右側マルチカラー画像の少な
    くとも一部分を反射するための再帰反射スクリーンと、 を含んでなり、前記左及び右側プロジェクタが、前記左
    眼および右眼から離れたところに配置されていることを
    特徴とする自動立体像投影システム。
  2. 【請求項２】 観視者による観視のため立体像を投影す
    る方法において、 左右のプロジェクタを前記観視者の左眼および右眼から
    それぞれある距離のところに配置する段階であって、前
    記プロジェクタが再帰反射スクリーン上に左および右側
    マルチカラー画像をそれぞれ投影する段階と、および前
    記再帰反射スクリーンにより、前記左および右側マルチ
    カラー画像からの光の少なくとも一部分を、それぞれ前
    記観視者の前記左および右眼に対し直接戻し、かくして
    前記観視者が立体像を見るようにする段階と、 を有することを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 前記左右のプロジェクタの方向性および
    位置を検知する段階と、 および前記左右のプロジェク
    タの前記方向性および位置の変化によって引き起こされ
    た偏移およびゆがみを補償すべく偏移しおよびゆがむ影
    像に対応する信号を計算し、前記左右のプロジェクタに
    転送する段階とをさらに有する請求項２に記載の立体像
    投影方法。
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