JP2002271820A - 簡易３次元表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ３次元画像及び映像を合成表示する方式２例とその装置
の発明 【課題】安価で簡便な装置により肉眼で周囲３６０度に
渡る視野を持つ３次元画像及び空間浮遊映像を生成する
方式及びその表示装置の発明 【解決手段】表示対象の周辺の限定された視点数の画像
から高速に回転するスクリーン又は反射光学系を用いて
３次元画像又は映像を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本発明は画像または映像を縦、横、高さを
伴って表示させる３次元表示技術とその装置に属する発
明である。

【０００３】

【従来技術】従来の３次元表示技術と言われるものには
大別して２つある。

【０００４】１つは表示対象の画像または映像に奥行き
感を与えるもので特殊な眼鏡やヘッドセットの装着の有
無はあるが、表示対象の２次元画像又は映像に肉眼上の
視差効果を与え全体として奥行き感（立体感）を伴う画
像または映像の生成を目的とするものである。

【０００５】この効果の実現には肉眼の左右の視点から
見た画像を交互に生成したり又は蒲鉾型レンズ等を用い
たりする視差方式が一般的であるが、いずれの方式も奥
行きを伴って見える視野や方向が限られる欠点があり真
の意味での３次元表示とは言えない。

【０００６】もう一方は表示対象の画像又は映像を空間
の任意の視点から自由に対象を眺めることができ且つそ
の視点に応じて対象の形状が変化して見える真の意味で
の３次元表示であり、本発明の３次元表示方式はこの技
術を意味する。

【０００７】図１は従来の主流である３次元表示方式を
示し、視点（Ｐ）から眺めた３次元表示対象の断面画像
（Ｄ）を高速画像表示装置やレーザースキャナー等を用
いて生成又は描画し、反射鏡（Ｍ１及びＭ２）を介して
高速で回転する半透明のスクリーン（Ｓ）に投影するこ
とを示している。

【０００８】この過程を多数の視点について連続反復す
ると肉眼の残像効果が誘起されスクリーン上に表示対象
全体の３次元画像が知覚生成されて見える（U.S.Pat N
o.5042909, U.S. Pat No.5148310等）。

【０００９】この方式の問題点は自然な３次元表示をす
る為には各視点方向の断面画像を多数生成し描画するこ
と及び高速に回転するスクリーンと如何に同期してこれ
等の断面画像を投影するかであり、３次元表示対象の断
面画像の生成数を多くするに伴いより高速の画像処理装
置や映像信号処理装置が要求され、これ等の処理装置の
必要性が全体として３次元表示装置のコストを高め廉価
な３次元表示装置の市場普及への障害になっている。

【００１０】本発明の表示方式−１はこの問題を解決す
るものである。

【００１１】次にホログラムではないが直接に空間へ表
示対象の３次元空間浮遊映像を投影する方式がある。

【００１２】よく知られている光学現象にハーフミラー
を通して見た表示対象は肉眼では立体感を伴って見える
という事実がある。

【００１３】図２はこの原理を応用したものであり、球
面鏡（２２）の焦点距離の２倍の位置に設置されている
表示対象（Ｏ）から出た光束はハーフミラー（２１）を
通過し球面鏡（２２）で収束光束となって再びハーフミ
ラーで水平方向に反射され地点（２４）に結像し、背後
を暗くした環境でこの結像を眺めると恰も手に触れるよ
うな空間に浮遊した３次元映像が得られる特徴がある
（U.S. Pat No.5552934等）。

【００１４】この方式の問題点は使用する球面鏡に表示
対象の約３倍のサイズが要求され装置自身が大型化する
こと及び得られる３次元浮遊映像は限定した視野（通常
３０〜６０度）を持つ一定方向の映像に過ぎず真の３次
映像とは言えない点にあり、加えて大型の球面鏡の素材
とその加工コストの高価格がこの種の表示装置の共通し
た問題点である。

【００１５】本発明の３次元表示方式−２はこの問題を
解決したものである。

【発明が解決しようとする問題】

【００１６】現行の３次元表示装置の市場への普及を阻
んでいる大きな原因は装置の高価格と完全な３次元表示
と言えない視野の制約にある。

【００１７】これ等の問題を解決するには現行の３次元
表示装置の価格の中で特に高価格を占めている高速の電
子画像処理装置や同期信号処理装置等、及び大型の光学
部品を必要とせず且つ必要に応じて完全な３次元表示が
達成できる方式が必要である。

【００１８】本発明による３次元表示方式はこれ等の問
題を解決し安価で単純な機構による完全な３次元表示装
置の実現を可能にしたものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

【００２０】現今の３次元表示装置に高価で高速の画像
処理装置や信号処理装置又は大型の精密加工光学部品が
必要なる背景は、用途を問わずに表示対象の微細な３次
元表示化に拘るからであり特に学術的な分野ではこの傾
向が強いが、民間商業分野では実用上支障がない程度に
３次元表示ができれば問題はない場合が多い。

【００２１】本発明の３次元表示方式−１及び２はこの
用途別に実用上問題がない程度で且つ安価な３次元表示
方式とその表示装置に関する発明である。

【００２２】［３次元表示方式−１］

【００２３】本発明の３次元表示方式―１はまず３次元
表示対象の膨大な枚数の断面画像を電子計算機等を用い
てプログラム的に生成処理する事及びこれ等の制御に必
要な高速画像処理装置を省くため、予め表示対象を中心
とする適当な円周上に等距離に配分された複数の視点か
ら対象の中心を眺めた画像をカメラ等により同一縮尺で
撮影しスライド画像に加工したものを用意する。

【００２４】この視点数分のスライド画像を上記の円周
上の各々の視点位置に予めカメラ等で撮影された条件と
一致する姿勢で設置し、先の円周の中心で高速に回転す
る半透明のスクリーンが各々の視点方向と直交するタイ
ミングで適当な光学系を通しスクリーンにそのスライド
画像を逐次連続して投影する。

【００２５】スクリーンの回転速度を３００〜６００回
転／分程度でこの過程を連続して反復することにより肉
眼の残像作用が誘起されスクリーン上に表示対象の３次
元映像が生成されて見える。

【００２６】本３次元表示方式−１での３次元画像は上
記の視点の数を増加させる事でより完全な３次元画像を
得ることができる。

【００２７】本発明の３次元表示方式−１では最低限３
個の視点が必要であるが、実用上は８から１２個程度の
視点数で十分自然な３次元表示画像が得られる。

【００２８】本表示方式−１による３次元表示装置は予
め視点数を固定して設計できるのでスクリーンへのスラ
イド画像投影の同期処理は不要になり、廉価で簡単な機
械的機構の組み合わせによる３次元表示装置が可能に成
る。

【００２９】［３次元表示方式−１の原理］

【００３０】図３（a）は３次元表示対象の内部の一点
（Ｏ）を中心とする適当な半径の円周上にあって且つそ
の相互が等距離にあるように配分された視点（５‐
a）、（５‐b）、（５‐c）から表示対象を等縮尺で撮
影して得られる３枚の２次元の平面画像（d‐e）、（f
‐g）、（i‐h）のスライド画像を示している。

【００３１】図３（b）では上記の一点（Ｏ）を中心に
して高速に回転する半透明のスクリーン（j‐k）が設置
されており、スクリーン（j‐k）の表示面がスライド画
像の視点（５−a）、（５‐b）、（５‐c）の各視点方
向と直交する時、上記の各視点からスライド画像（d‐
e）、（f‐g）、（i‐h）を逐次スクリーン上に投影す
る事を示したものである。

【００３２】スクリーンの回転速度を３００〜６００回
転/分程度に高めて上記の過程を反復すると肉眼の残像
効果が誘起されてスクリーン上に表示対象の擬似的３次
元画像が形成されて見える。

【００３３】上記の説明は本方式で必要な最低限の視点
数である３を対象としたが、視点数とそれに応じたスラ
イド画像を増加させればより自然な表示対象（Ｏ）の３
次元画像を生成する事が出来る。

【００３４】この方式による３次元表示装置は簡単な機
械的機構のみで実現できるので広告宣伝及びゲーム業界
用の廉価な簡易３次元表示装置として特に有効である。

【００３５】［３次元表示方式−２］

【００３６】本発明では、まず前記の特殊で高価な大型
の球面鏡の使用に代えて標準的な映写投影用の凸レンズ
やフレネルレンズ又は簡単な加工で済む球面反射板を採
用してコストの低減を図る方式を採用している。

【００３７】次に完全な３次元映像を可能にするため表
示対象の固定された視点だけからの２次元画像に代え
て、表示対象を含む適当な半径の円を設定しこの円周上
を適当なスリット開口を付加したカメラ等でレンズ面を
中心に向けて等速で一周させるか又は表示対象自体を回
転台に載せて等速で回転させて表示対象を一周する連続
したスリット状のフィルム画像を作成し、これを円筒フ
ィルムとして円筒状に加工する。

【００３８】次に適当な半径の中空の円筒容器で、且つ
この円筒容器の下部に設けた上記のスリット画像と同サ
イズの開口部から円筒容器に垂直に入射する光束が、容
器内部に設置した鏡、ハーフミラー、及び投影用の凸レ
ンズ（フレネルレンズでも可）で構成される光学系を通
し容器上部の傾斜して設けられた鏡で反射して容器上部
の空間近傍に正しく結像するように調整されたものを上
記のスリット状円筒フィルムの中心に設置して適当な速
度で回転させる。

【００３９】円筒フィルムの外部に適当に設けた光源か
ら円筒フィルムの各スリット画像を通して円筒容器に逐
次入射される光束は、容器の回転に合わせ容器上部の周
辺空間に円筒状に分布した連続のスリット映像をもたら
す。

【００４０】円筒容器の回転速度を３００〜６００回転
／分程度に高めると肉眼の残像効果が誘起され、これら
のスリット映像は全体として３６０度の視野を持つ表示
対象の３次元空間浮遊映像として視覚される。

【００４１】本３次元表示方式−２による投影装置では
投影する各画像のサイズは微細幅のスリット状サイズで
済み、現行の３次元空間浮遊像投影装置のコストの大半
を占める表示対象全体の約３倍のサイズを要す大口径の
球面鏡又はレンズ系が不要となるため装置自体の小型化
がはかれると共に映像投影に伴う同期処理の必要が無い
ため表示装置自体は簡単な機械的構成で済ますことがで
き、結果として現今の類似表示装置に比べて格段の廉価
で３６０度の視野を持つ３次元空間浮遊映像表示装置が
実現できる。

【００４２】［３次元表示方式−２の原理］

【００４３】図４(a)で線分（２８）は表示対象の内部
の適当な点（Ｏ）を中心とする適当な半径の円周（２
７）上を等速で一様に移動するカメラを点（Ｏ）に向け
て撮影して得られた表示対象を一周するスリット状の連
続フィルム画像の一部である（同様の画像は表示対象自
体を回転しても得られる）。

【００４４】図４（b）は円筒フィルムとして上記の表
示対象の一周スリットフィルム画像を円筒形に加工した
もの（２９）である。

【００４５】図４(c)は円筒フィルムの中心に設置した
光学系で、円筒フィルムの外部にある光源（３７）から
スリット画像（２８）を通して垂直に照射された光束
が、反射鏡（３３）、ハーフミラー（３２）、凸レンズ
（３１）、及び反射鏡（３０）を通して空間の位置（３
４）に正しく結像するように設けられている。

【００４６】この光学系を円筒フィルム（２９）の中心
で回転させれば、反射鏡（３０）の周辺空間（３８）に
円筒状に分布するスリット画像（２８）の連続した結像
（３５）が得られる。

【００４７】光学系の回転速度を十分高めれば、この円
筒状の連続スリット結像の分布は肉眼の残像効果により
周囲３６０度の視野を持つ３次元の空間浮遊映像（３
６）として視覚される。

【００４８】

【発明の実施の形態】

【００４９】［３次元表示方式−１の装置の説明］

【００５０】図５及び図６は装置機構の一例を示し、
（１）は透明な材質からなるドーム状の保護カバーであ
り、円錐面に均等に配分された３個の反射鏡（５）を持
つ中空の円錐台（６）と共に円筒状容器（１４）に嵌め
込まれ調整用に必要な回転が出来る機構になっている。

【００５１】円筒状容器（１４）の内部には糸巻き状の
中空容器（７）があり、この容器の上部面（２０）には
半円形の半透明スクリーン（２）が固定され、且つスク
リーン（２）の下部の矩形の切込み部（１９）には反射
鏡（４）が傾けて固定されている。

【００５２】容器（７）の中央部には投影用の凸レンズ
（８）が設置され、又底面下部には４５度の角度で反射
鏡（３）が設置されており、これ等が一体となって中空
容器（７）に固定されている。

【００５３】又中空容器（７）は容器（１４）の底面に
設けた電動機（１０）の回転軸（９）を通じて回転させ
るようになっている。

【００５４】円板（１２）はこの中空容器（７）の回転
を支持するベアリング機構を設けたものであり、円筒容
器（１４）の周辺下部には前記の反射鏡（５）の数と方
位に合わせて図３（a）のスライド画像と同サイズの開
口部（１３）が均等に配分して設けてある。

【００５５】反射鏡（１５）及び（１６）は各々対をな
し９０度の角度で向き合い、反射鏡（５）の数とその方
位に一致して円筒容器（１４）を囲む装置容器の内部の
周辺面に固定して設置されている。

【００５６】図３（a）で用意されたスライド画像の各
々を開口部（１３）の外面に順次設置した状態で電動機
（１０）を通じて中空容器（７）を回転させると光源
（１７）から出た光は容器（７）の回転に従い、開口部
（１３）の背後に設けた反射鏡（１５）、仕切り板の開
口部（１１），及び反射鏡（１６）を通して開口部（１
３）の外部に設置されたスライド画像を順次照射する。

【００５７】照射後の光束は容器（７）の内部に導かれ
反射鏡（３）で垂直に曲げられた後レンズ（８）で収束
され、再び反射鏡（４）及び反射鏡（５）で方向を曲げ
られた後スクリーン（２）にスライド映像を形成する。

【００５８】中空容器（７）の回転が３００〜６００回
転/分に上昇すると肉眼の残像効果が誘起されスクリー
ン（２）に図１の対象（Ｏ）の擬似的３次元画像が形成
されて見える。

【００５９】本方式−１では予め表示対象（Ｏ）の視点
位置と数が固定されるため、視点数に応じた粗密さの３
次元画像しか形成されないが、図３（a）の視点とそれ
に応じたスライド画像を増やす事で容易に表示対象
（Ｏ）の３次元映像の密度（滑らかさ）を向上させる事
が出来る。

【００６０】８個から１２個の視点数で設計された装置
は対象（Ｏ）の実用上十分な３次元表示をもたらすこと
が出来る。 又視点数の増加により反射鏡（５）の増設
が面倒な場合は中空の円錐台容器（６）の内部円錐面
（図は省略）自体を反射面として用いればよい。

【００６１】本方式では表示対象の外部形状のスライド
画像を視点の数だけ用意すればよく、わざわざ高価な画
像処理装置を使用して表示対象の視点別の断面画像を生
成する必要はないし、又付随するスクリーン投影時の面
倒な同期処理も一切不要になるため装置自体は簡単な機
械構成で実現でき金型等を利用した大量生産が可能にな
る。

【００６２】本３次元表示方式−１は比較的厳密な３次
元化を要求しない広告/宣伝やゲーム/娯楽等の市場への
廉価な簡易３次元表示装置として特に適するものであ
る。

【００６３】［３次元表示方式−２の装置の説明］

【００６４】図７及び図８（a）は表示装置の一例であ
り、半球ドーム（３９）は内部に外部光の入射を防ぐコ
ーティングを施したものである。

【００６５】円筒容器（４７）の内部の底面には反射鏡
（４３）が４５度の角度で設置されており円筒下部のス
リット開口部（５０）から垂直に入射する光束を直角に
曲げ容器（４７）の回転軸に平行に導く役割を果たす。

【００６６】その後光束はハーフミラー（４２）を通過
した後凸レンズ（４１）で収束され再び円筒（４７）の
上面に傾けて設置された反射鏡（４０）により水平方向
に曲げられ円筒（４７）の上部に設けられた開口部（５
１）を通過して鏡（４０）の近傍に収束する。

【００６７】円筒（４７）と一体化された円板（５５）
の一端には固定された開口部（５４）を挟んで互いに直
行する反射鏡（５２）と反射鏡（５３）が設けてあり装
置の底部（５６）に設置された光源（５７）の光束を円
筒（４７）のスリット開口部（５０）に垂直に導く目的
を果たす。

【００６８】また円筒（４７）は電動機（４６）の回転
軸（４５）に固定されており、軸受け（４８）は円筒
（４７）の回転を円滑に支持するためのものである。

【００６９】円筒フィルム（４４）は円筒（４７）の周
囲に等距離を保つように設置してあり、電動機（４６）
により円筒（４７）を回転させると光源（５７）から出
た光束が円筒（４７）の回転に応じて順次にスリット画
像（４９）を照射して行き、円筒（４７）内部の上記光
学系を通して円筒（４７）を中心とする上部近傍空間に
円筒状に分布するスリット画像（４９）の３次元映像を
生成する。

【００７０】円筒（４７）の回転速度を十分に高める
（３００〜６００回転/分）と肉眼の残像効果が誘起さ
れ、円筒状に分布したスリット画像の３次元映像は一体
化して表示対象の３次元空間浮遊映像として視覚され
る。

【００７１】また円筒（４７）と円板（５５）を一体化
して回転することで円筒（４７）の回転と円筒フィルム
（４４）の各スリット画像（４９）間での投影時の同期
処理が不要になり、機械的回転のみで対応できるのも本
発明方式の装置の特長である。

【００７２】尚、回転容器（４７）は特に円筒状にする
必要はなく回転軸を中心にする矩形状容器でもよく、こ
の場合は凸レンズ（４１）に代え矩形の球面反射板（４
１ａ）を用いるとよい。

【００７３】図８（b）に矩形状容器（４７）の例を示
す。

【００７４】図５及び図６、又は図７及び図８の装置例
では表示対象の３次元静止表示しか得られないが、高速
画像表示装置を用いると本発明方式−１及び２に基づく
動画の３次元像または空間浮遊映像の表示が可能にな
る。 以下にその装置の例を示す。

【００７５】［３次元表示方式−１の動画用装置の説
明］

【００７６】図９及び図１０は本発明方式−１を用いた
三次元動画表示装置の例であり、半球状ドーム（５９）
は透明の材質で構成されており観察者を装置の稼動部分
から隔離する目的のものであり、中空の円錐台（７９）
の内部表面には使用する視点数に応じた反射鏡（６２）
が均等に配分され固定されている。

【００７７】中空の円筒状容器（７３）の中心に開口部
を設けた円形上蓋（９１）には半円形の半透明スクリー
ン（６０）が上蓋（９１）の直径位置に垂直に固定され
ており、平板の反射鏡（６１）は斜めに傾けてスクリー
ン（６０）の下部に設けた矩形状の切込み部（７０）に
合わせて固定されている。

【００７８】下部が開口面である回転する中空円筒容器
（７３）の内部の適当な位置には凸レンズ（６３）が、
又容器（７３）と入れ子構造に成っていて共に回転する
中空容器（９３）の内部には以下で説明する入射光束の
光軸を回転する目的で３個の平板反射鏡（６４）、（６
５）及び（６６）が光軸を一致して固定してある。

【００７９】仕切り板（６８）と（６９）は中空容器
（７３）及び中空容器（９３）の回転を支持するための
ものであり、又仕切り板（６８）には電動機（７０）が
設置してあり回転軸（７２）に固定されたギア（７１）
は中空容器（７３）の外周ギア（８６）と連動して容器
（７３）を回転させるようになっている。

【００８０】装置の底板（８０）の中央には４５度の傾
斜で平板反射鏡（６７）が固定され、又反射鏡（６７）
の正面に向かって高輝度の高速図形表示装置（７５）の
画面が設置されている。

【００８１】装置（７８）はラスター画像を高速に処理
する電子計算機システムで、高速図形表示装置（７５）
への画像データの供給と制御を行う。

【００８２】表示方式−１に基づきプログラムにより装
置（７８）で順次生成された各視点の動きを伴う時系列
の画像データは、表示装置（７５）の画面に順次の画像
として表示され、その画像光束は反射鏡（６７）で垂直
に方向を曲げられ中空容器（７３）に導かれる。

【００８３】中空容器（９３）に導かれた画像光束は、
反射鏡（６６）、（６５）、及び（６４）を通過した後
凸レンズ（６３）で収束され、中空容器（７３）の上蓋
（９１）の中心の開口部（９２）を通過した後反射鏡
（６１）及び反射鏡（６２）で方向を変えられてスクリ
ーン（６０）に投影画像を形成する。

【００８４】いま視点数をＭ個とし表示装置（７５）の
画面表示速度をＮ回／秒とした場合、中空容器（７３）
をＭｘＮ回／秒で回転させればスクリーン（６０）には
各視点での画像がＮ回／秒の割合で表示されることにな
る。

【００８５】Ｎが３〜５以上になるように中空容器（７
３）を回転させると肉眼の残像効果が誘起され、スクリ
ーン（６０）上に表示対象の３次元の動画像が形成され
て見える。

【００８６】［同期信号の出力機構］

【００８７】図１３に中空容器（９３）の回転に合わせ
て各視点の画像をスクリーン（６０）に正確に投影する
ための同期信号の出力機構例を示す。

【００８８】伝導接触端子（８３）は円筒形の中空容器
（９３）の外部周辺の適当な位置にＭ個の数で均等に配
分設置されており、その各々は容器（９３）の内部を一
周する適当な伝導体（９２）に繋がっている。

【００８９】中空容器（９３）の外周ギア（８９）はギ
ア（８８）と噛み合って回転容器（７３）の外周ギア
（８６）と噛み合ったギア（８７）の回転を通じて、中
空容器（９３）に共に回転を与える。

【００９０】伝導刷子（８３）は中空容器（９３）の回
転に従い、接触子（８１）に接触する度に伝導体（９
２）に接触した刷子（９４）との間で電気回路を形成す
るから接触子（８１）の通過を端子（８３）及び端子
（９４）の間での電気回路の形成の有無（オン・オフ）
で置き換えることが出来る。

【００９１】この機構で電動機（７０）の回転の変動に
も対応した接触子（８１）の通過信号が容易に得られ
る。

【００９２】［画像光束の回転］

【００９３】反射鏡（６４）、（６５）、及び（６６）
の役割は反射鏡（６７）から入射される画像光束を正し
くスクリーン（６０）に投影するためのもので、スクリ
ーン（６０）が容器（７３）と共に一回転する間に上記
の画像光束を２回転させる目的のものである。

【００９４】反射鏡（６４）と（６６）は容器（９３）
の回転の中心に対し互いに斜めの角度で、又反射鏡（６
５）は容器（９３）の回転軸に対し平行に設置されてい
る。

【００９５】図９の機構でギア（７１）とギア（８７）
の回転比を２：１にすると図１３（c）の端子（８４）
及び端子（８５）を通じて取り出される信号はスクリー
ン（６０）の半回転分に応じたものであるから、図３
（c）の同期信号出力機構を通じたタイミングで投影さ
れた画像は反射鏡（６６）、（６５）、及び（６４）で
スクリーンの一回転分に同期する回転を与えられ正しく
スクリーン（６０）に投影されることになる。

【００９６】反射鏡（６４）、（６５）及び（６６）の
光学系はダブルプリズムでも代用できる。

【００９７】［３次元表示方式−２の動画用装置の説
明］

【００９８】図１１及び図１２は本発明の表示方式−２
に基づく動画像の３次元空間浮遊映像表示装置の一例で
ある。

【００９９】半球状ドーム（９５）は内部に外部からの
光線の入射を遮断するコーティングを施したもので、円
形の支持台（１１５）は中心の開口部に円筒容器（１１
０）の回転を支持するベアリング機構（１０８）をはめ
込んだものである。

【０１００】中空の円筒容器（１１０）は底面全体が開
口部になっており、円筒内部の上面に平面反射鏡（９
６）が斜めに設置されている。

【０１０１】反射鏡（９６）と容器底面との間の適当な
位置には投影用の凸レンズ（９７）が設置されている。

【０１０２】又、円筒容器（１１０）の上部には反射鏡
（９６）で曲げられた光束を容器の外部に導く為の矩形
開口部（１０９）が設けてある。 仕切り板（１１６）
には中央部に容器（１１１）の回転を支持するベアリン
グ機構が設けられ、又適当な位置に容器（１１０）に回
転を伝える電動機（１０２）のギア頭（１０４）を持つ
回転軸（１０３）を通す穴が設けられている。

【０１０３】ギア頭（１０４）は電動機軸（１０３）に
直結されており、中空容器（１１１）の外部に設けられ
たギア溝（１０５）を通じて容器（１１１）及び容器
（１１０）に回転を与える役割を果たす。

【０１０４】回転容器（１１０）と入れ子の構造を持つ
回転容器（１１１）の内部には画像光束を回転させる目
的で反射鏡（９８）、（９９）、及び（１００）が固定
されている。

【０１０５】装置の底板（１１８）に４５°に傾けて設
けられたハーフミラー（１０１）は高速画像表示装置の
画面（１１３）と同じく高速画像表示装置（１１２）の
画面からの光束を各々反射および透過させ、上記の凸レ
ンズ（９７）の光軸に一致するように正しく導く働きを
する。

【０１０６】高速画像処理装置（１１４）は３次元表示
方式−２に従い上記の３次元表示対象のプログラムによ
るスリット画像（２８）を動画像（図４（b）の円筒ス
リット画像の一周分を表示対象の動画の単位として作成
したもの）として連続作成し、また図１３の同期信号出
力機構（図示は省略）と連動してその動画像データの高
速画像表示装置（１１２）への入出力の制御を行うもの
である。

【０１０７】電動機（１０２）による容器（１１１）の
回転に同期して連続的に高速画像表示装置（１１２）の
画面に表示されたスリット画像（２８）は、図２で説明
した投影原理により３次元の動画像の空間浮遊映像を生
成する。

【０１０８】高速画像表示装置（１１３）は表示対象に
背景画像を重ねる必要がある場合に使用される（背景画
像を要しない場合は表示装置（１１３）の設置の必要は
ない）

【０１０９】［３次元表示方式−１及び−２による動画
用装置の説明］

【０１１０】 図１４及び図１５は本発明の３次元表示
方式−１及び２を併用した高速画像表示装置による極め
て簡便な３次元動画表示装置の例である。

【０１１１】半球状のドーム（１１９）は外部光線の入
射を防ぐコーティングを内部に施したものであり、回転
円筒容器（１３２）の底部は電動機（１２７）の回転軸
（１２８）に固定されており、又容器（１３２）の底部
側面には矩形開口部（１２９）が設けられ、矩形開口部
（１２９）の背後の容器（１３２）の内部底面には４５
度に傾けた反射鏡（１２３）が固定されている。

【０１１２】装置の底部（１９５）には高速画像表示装
置（１２４）が、容器（１３２）の回転軸の周りに表示
方式―１の視点数と方位に一致して均等に且つその各々
の画面方向が回転容器（１３２）の開口部（１２９）に
向かうようにして設置されている。

【０１１３】開口部（１２９）から円筒容器（１３２）
の回転軸に垂直に入射する高速画像表示装置（１２４）
の画面の画像光束は、反射鏡（１２３）により容器（１
３２）の回転軸に平行に導かれ、同じく容器（１３２）
の内部の適当な位置に設置されたハーフミラー（１２
２）を通過した後凸レンズ（１２１）により収束光束と
なり、再び容器（１３２）の上部に傾けて設置された反
射鏡（１２０）で水平方向に曲げられた後容器（１３
２）の上部の矩形開口部（１３１）から出て近傍の空間
に結像する。

【０１１４】尚、回転円筒容器（１３２）の内部の上記
光学系の光軸は円筒容器回転軸と一致して調整されてい
る。

【０１１５】各々の高速画像表示装置（１２４）の画面
でその位置する視点から見た表示対象の動画像（表示方
式−１のスライド画像に相当）を同期して連続表示させ
ると、電動機（１２７）により回転を与えられた容器
（１３２）は順次にその画像光束を内部の光学系に導き
容器（１３２）の上部近傍の空間に円筒状で且つ各々の
視点方向に分布する３次元空間浮遊映像を生成する（表
示方式−２）。

【０１１６】容器（１３２）の回転を３００〜６００回
転/分に高めると肉眼の残像効果が誘起され、各高速画
像表示装置（１２４）の各々の空間浮遊映像は一体化し
た３次元の擬似的な動画浮遊映像として視覚される。

【０１１７】この３次元表示方式−１及び２の折衷によ
る本３次元動画用表示装置では視点数に応じた画像表示
装置（１２４）が必要であるが、動画像に特有の動画像
光束と投影用光学系との間の超高速同期処理が一切不要
になるため、従来の３次元動画像表示装置の価格の隘路
である高価な高速同期処理システムを必要としない安価
で簡便且つ実用的機能を備えた初めての３次元動画用装
置を市場に供する事が出来る。

【０１１８】また３次元表示映像の精度向上には視点数
の増加に応じた高速画像表示装置（１２４）の増設で容
易に対応できる。

【０１１９】尚、図１７の３次元空間浮遊映像表示装置
でスリット画像の円筒フィルムの代わりに画像表示面を
円筒状にした液晶等の薄厚の画像表示装置（図は省略）
を用いて表示対象を一周する画像を直接に静的又は動的
に生成表示すれば、反射鏡（５２）及び（５３）や光源
（５７）は一切不要に成り厳密で完全な静的及び動的３
次元空間浮遊映像の表示装置が可能になる。

【０１２０】

【発明の効果】本発明で公開する２例の３次元表示方式
はいずれも現今の３次元表示装の普及を阻害している装
置の高価格化の問題を解決するだけでなく、現今の３次
元表示装置の持つ視野の制約をも解決した完全な３次元
表示装置の作成を可能にしたものである。 本発明の３
次元表示方式とその装置により市場が３次元表示装置を
安価で手軽に導入できる結果、現今の平坦な世界に留ま
っている２次元画像や映像の世界に新たに高さとボリュ
ーム感を持つより現実に近い表示対象の３次元の画像や
映像の提供と普及ができる。 また同時に種々の３次元
表示コンテンツが要求される結果、新たな３次元表示コ
ンテンツ産業と市場が形成される。

【０１２１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の３次元表示原理

【図２】 従来の３次元浮遊映像表示原理

【図３】（a）３次元表示方式−１のスリット画像の取
得 （b）３次元表示方式の原理

【図４】（a）３次元表示方式−２のスリット画像の取
得 （b）３次元表示方式−２の円筒フィルム

【図５】 ３次元表示方式−１の装置の立体透視図

【図６】 ３次元表示方式−１の装置の断面図

【図７】 ３次元表示方式−２の装置の立体透視図

【図８】（a）３次元表示方式−２の装置の断面図 （b）３次元表示方式―２の矩形容器断面図

【図９】 ３次元表示方式−１の動画用装置の立体
透視図

【図１０】 ３次元表示方式−１の動画用装置の断面
図

【図１１】 ３次元表示方式−２の動画用装置の立体
透視図

【図１２】 ３次元表示方式−２の動画用装置の断面
図

【図１３】（a） 同期信号出力機構の立体透視図 （b） 同期信号出力機構の底面図 （c） 同期信号出力機構の断面図

【図１４】 ３次元表示方式−１及び２の動画用装置
の立体透視図

【図１５】 ３次元表示方式−１及び２の動画用装置
（断面図）

【０１２２】

【符号の説明】

１．透明ドームカバー ２．半透明スクリーン ３．平板反射鏡 ４．平板反射鏡 ５．平板反射鏡 ６．円錐台容器 ７．（糸巻き状）回転容器 ８．凸レンズ ９．電動機回転軸 １０．電動機 １１．矩形開口部 １２．ベアリング機構付支持板 １３．矩形開口部（スライド画像用） １４．円筒状装置容器 １５. 平板反射鏡 １６．平板反射鏡 １７．光源 １８．円形開口部 １９．矩形切込部 ２０．回転容器上蓋 ２１．ハーフミラー ２２．球面鏡（凸レンズ） ２３．光軸 ２４．映像の結像点 ２５−２６．光軸との直交面 ２７．視点の移動する円周 ２８．スリット画像 ２９．円筒フィルム ３０．円形反射鏡 ３１．凸レンズ ３２．ハーフミラー ３３．平板反射鏡 ３４．映像の結像点 ３５．スリット画像の映像 ３６．表示対象の３次元映像 ３７．光源 ３８．映像の円筒分布空間 ３９．コーティング付球形ドーム ４０．円形反射鏡 ４１．凸レンズ（４１ａ：球面板） ４２．ハーフミラー ４３．平板反射鏡 ４４．円筒フィルム ４５．電動機回転軸 ４６．電動機 ４７．（回転）円筒容器 ４８．ベアリング枠 ４９．スリット画像 ５０．（スリット状）開口部 ５１．矩形開口部 ５２．平板反射鏡 ５３．平板反射鏡 ５４．矩形開口部 ５５．ベアリング機構付支持板 ５６．容器底板 ５７．光源 ５８．ドーム支持枠 ５９．球形透明ドーム ６０．半透明の半円状スクリーン ６１．平板反射鏡 ６２．平板反射鏡 ６３．凸レンズ ６４．平板反射鏡 ６５．平板反射鏡 ６６．平板反射鏡 ６７. 平板反射鏡 ６８．ベアリング機構付支持板 ６９．ベアリング機構付き支持板 ７０．電動機 ７１．ギアヘッド ７２．電動機軸 ７３．回転容器 ７４．円形開口部 ７５．高速画像表示装置 ７６．矩形状切込 ７７．装置容器 ７８．画像処理装置 ７９．円錐台容器 ８０．装置の底板 ８１．接触端子 ８２．止めネジ ８３．伝導刷子 ８４．同期信号出力端子（＋/−） ８５．同期信号出力端子（−/＋） ８６．回転容器（７３）の外部ギア ８７．ギア ８８．ギア ８９．回転容器（９３）の外部ギア ９０．ギアの回転軸 ９１．回転容器（７３）の上蓋 ９２．伝導体 ９３．回転容器 ９４．伝導刷子 ９５．コーティング付球形ドーム ９６．円形反射鏡 ９７．凸レンズ ９８．平板反射鏡 ９９．平板反射鏡 １００．平板反射鏡 １０１．ハーフミラー １０２．電動機 １０３．電動機軸 １０４．ギアヘッド １０５．回転容器（１１１）の外周ギア １０６．回転容器（１１１）の内部ギア １０７．回転容器（１１０）の外周ギア １０８．回転容器（１１０）のベアリング枠 １０９．回転容器（１１０）の上部矩形開口部 １１０．回転容器 １１１．回転容器 １１２．高速画像表示装置 １１３．高速画像表示装置 １１４．画像処理装置 １１５．ドーム支持枠 １１６．ベアリング機構付き支持板 １１７．ベアリング機構付支持板 １１８．装置底板 １１９．コーティング付球形ドーム １２０．円形反射鏡 １２１．凸レンズ １２２．ハーフミラー １２３．平板反射鏡 １２４．高速画像表示装置 １２５．装置上部容器 １２６．装置下部容器 １２７．電動機 １２８．電動機軸 １２９．回転容器底部の開口部 １３０．回転容器のベアリング枠 １３１．回転容器上部の開口部 １３２．回転容器 １３３．ベアリング機構付支持板 １３４．回転容器の底板 １３５．装置の底板 １３６．ドーム支持枠 １３７．画像処理装置 ｊ−ｋ、ｊ１−ｋ１、ｊ２−ｋ２：各視点方向と直交す
るスクリーン Ｄ： 断面画像 Ｏ：表示対象内部の点 Ｓ：回転スクリーン Ｐ：視点 Ｍ１：反射鏡 Ｍ２：反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ６６０ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６６０Ｘ 5/36 ５１０ 5/36 ５１０Ｖ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元表示方式−１として、表示対象の内
   部の一点を中心として表示対象を包含する適当な半径の
   円周上に位置する限定された数の視点で且つ各視点間が
   等距離にあるように配分された各々の視点から円の中心
   方向に向かって眺めた表示対象の同一縮尺のスライド画
   像を、各々の視点から上記の円の中心に位置して高速で
   回転するスクリーンの表面方向がその視点と直交するタ
   イミングに同期して適当な光学系を介し連続的にスクリ
   ーン上に投影し、肉眼の残像効果を用いて表示対象の３
   次元画像又は映像を合成する方式
2. 【請求項２】請求事項１に関し、予め固定した複数の視
   点から見た表示対象の各々の外部画像を逆投影して空間
   又は回転スクリーン等の媒体上に表示対象の３次元画像
   を合成表示する方式
3. 【請求項３】請求事項１に関し、適当な半径の中空円筒
   又は容器の内部に反射鏡、レンズ、及び投射用光源を一
   体化して組み込み且つ回転させる光学系
4. 【請求項４】３次元表示方式−２として、表示対象対象
   の内部の一点を中心として表示対象を包含する適当な半
   径の円周上を一周する連続した視点から円の中心方向に
   向かって眺めた表示対象物の同一縮尺の連続スリット画
   像で構成される円筒フィルムを作成し、この円筒フィル
   ムの各スリット画像の光束を円筒フィルムの中心に位置
   して高速に回転する反射鏡やハーフミラー及びレンズか
   ら構成される光学系によりこの光学系の近傍空間に円筒
   状に分布して結象させることにより肉眼の残像効果を用
   いて表示対象全体の３次元の空間浮遊映像を知覚生成す
   る方式
5. 【請求項５】請求事項４に関し、表示対象の微細なスリ
   ット状の周辺画像を適当な光学系を介して連続投影し且
   つ装置周辺の空間に円筒状の分布を持つように連続結像
   させることにより表示対象全体の３次元空間浮遊像を得
   る投影方式
6. 【請求項６】請求事項４に関し、液晶等の薄厚型の画像
   表示装置を用いて表示面を円筒状に加工し且つ表示対象
   の外部一周画像を生成し表示させる事により円筒フィル
   ムに代える方式
7. 【請求項７】請求事項５に関し、適当な半径の中空円筒
   又は容器の内部に反射鏡、ハーフミラー及びレンズ等を
   一体化して組み込み且つ回転させる光学系
8. 【請求項８】請求事項１及び請求事項４の方式又はこれ
   等の方式を組合わした３次元表示装置又は関連表示装置
   又は表示施設