JP2002525990A - ３次元画面描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は表示対象物域の透視画法図を有するオ-トステレオスコ-プ画面描画装置に関する。画面表面はそれぞれ３つの加色原色を描画し得る個々のセグメント（ピクセル）から構成される。このピクセルはヘッドとして、高さ変動するピクセルキャリア上にある。このピクセルキャリアは制御時に相互依存することなく、各高さ位置（ピクセル高さ）に動かすことができる。適切な制御により、ピクセルを下げ、そして／あるいは上げることができる。この高さ効果は観察者方向ばかりでなく可逆方向にも生じさせることができる。その際、例としてＺバッファからの空間奥行き情報をピクセル高さに相関利用、つまり中間処理なしで利用することができる。奥行き情報をレリ-フ状画像奥行きに移すために、つまり画色シグナルがピクセル高さで代表される対象物の画像奥行きとともに新品質画像となるよう、利用可能な演算技術でこの情報を直接使用し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は表示対象物域の透視画法図を有するオ-トステレオスコ-プ画面描画用
画像キャリアに関するものである。

【０００２】 ステレオスコ-プ画像描画用に画面が円柱レンズ形ラスタ-に集束している静画
面平面を有するＵＳ４５７１６１６及びＤＥ３５２９８１９の投影機が既知であ
る。ここでは画像は垂直線に分割され、画面後壁上に投影され、そして前に置か
れた円柱レンズにより方位選択され、これにより観察者に空間画像効果を生じさ
せる。また横にずれて重なり投影された二つの画像とちょうど同じ色に染めたレ
ンズを有するカラ-フィルタ-眼鏡を使用してこの画像を観察する際に、三次元表
示を作成する立体写真方式も既知である。更には画像を画面表示に同期で、時間
をそれぞれずらして右目あるいは左目に表示し、これにより三次元画像を描画す
るシャッタ-眼鏡（Ｃｈｉｐ ５／９８、Ｓ ３２）も既知である。

【０００３】 ＪＰ ０７-６４０２０Ａでは焦点距離の短い凸レンズ、光源及びその間に取
り付けた弾性に富む走行体を含む多数の単眼レンズを表示面に置く三次元表示が
既知である。柔軟な走行体により凸レンズと光源の間隔を変化させることにより
、凸レンズにより投影された光源画像の位置が変化し、これにより虚像が投影さ
れる。この装置は更に単眼レンズを例として円筒または球体のような幾何形に組
織立てし、３６０度の観察半径における虚「前像と後像」の投影も観察者に可能
とする。このような単眼レンズのズ-ム調整による仮想画像を空間に虚写し、経
験視覚的に得た記憶に基づく知覚心理効果（眼鏡あるいは眼鏡に類似する補助具
なしで）に基づくこのような目に対する直接投影技術においては、対象物の距離
想定が知覚投影の大きさと関連することを利用する。

【０００４】 この立体写真方式の欠点は、カラ-コンポネントが多大に損失することにある
。また前述のシャッタ-眼鏡方式では特殊眼鏡を使用しなければならず、その際
に画像が分割されることにより、画像反復周波数の半分だけを使用できるという
欠点がある。ＵＳ４５７１６１６とＤＥ３５２９８１９では画像対象物のより大
きな空間遠近を知覚できるよう、画面への視覚角度と距離を変動することにより
、三次元画像作用が相関して損なわれる欠点がある。この方式では観察者が隠れ
た画像内容を把握できるよう空間画像効果を高めることにより、より多大な技術
を必要とする。つまり垂直線の模写、投影機の追加あるいは投影機の観察位置へ
の適合化（計算）が必要となる。またこの方式では元々、画面が画面直交に回転
するとステレオスコピ-が失われるという欠点がある。この欠点は多数の観察者
が回転画面あるいは水平画面平面を有する画面（“Responsive Workbench”-Ｃ
ｈｉｐ ５／９８ Ｓ．３２）を同時に使用する場合に顕著となる。シャッタ-技
術を除く上記各方式においては、それぞれ非常に形の異なる垂直線ラスタ-方式
だけが使用される。

【０００５】 単眼レンズを使用する直接投影技術方式は、上記方式に比較して、画質も非常
に劣化し、経費も高くなるばかりでなく、より複雑な画像内容を伴う多大な技術
を必要とする。

【０００６】 画像奥行き知覚のために別の技術補助具を必要とせず、三次元画像を作成し得
る表面構造を有する画面を開発することが現況技術における本発明の課題となる
。画面は知覚品質の制限を甘受する必要がなく、観察者の規定位置づけをその条
件とせず、またこの位置の変更時にも新画像の計算を必要としないように作成し
なければならない。特に画面が画面直交に回る際に、ステレオスコ-プ効果が保
持されることに注意しなければならない。

【０００７】 この課題は本発明において装置を請求１の上位概念に基づき構成することによ
り解決される。

【０００８】 画面はそれぞれ３つの加色原色を描画し得る個々のＬＥＤセグメント（ピクセ
ル）から好んで構成される。ＬＥＤの代わりに適切な寸法の光能動要素及び反射
要素を使用できる。

【０００９】 ＬＥＤはピクセルはヘッドとして、高さ変動するピクセルキャリア上にある。
このピクセルキャリアは制御時に相互依存せず、各高さ位置（ピクセル高さ）に
動かすことができる。

【００１０】 ピクセル高さは無輝度位置（それに対応する無輝度面）と観測者方向及び可逆
方向に逸れるピクセル高さに区分される。無輝度位置はピクセル面を目標高度へ
と走行させ、これにより対応する無輝度面が生じるゆえに起点と必ずしも同じと
なるわけではない。これに対応する制御時には、ピクセルを無輝度面下に下げ、
そして／あるいは無輝度面上に上げることができる。ピクセルキャリアは例とし
て制御時に要約した高さ効果を生じるよう、多層から成るピエゾ水晶体で構成す
ることもできる。この高さ効果は無輝度面及び起点に対して、観察者方向ばかり
でなく可逆方向にも生じさせることができる。その際、例としてＺバッファから
の空間奥行き情報をピクセル高さに相関利用、つまり中間処理なしで利用するこ
とができる。その他の応用（例としてスタジアム表示、広告宣伝ボ-ド等）では
上記のピエゾ水晶体よりも制御時間の短い例として特い電場効果等）別の駆動ユ
ニットも使用できる。

【００１１】 本発明の有利な効果は、従来の方法に対して可動画面表面により高さプロファ
イルを作成できる点にある。この高さプロファイルにより、横からの観察を始め
、どの視覚方向からでも画像シグナルの高度な空間奥行き知覚が可能となる。奥
行き情報をレリ-フ状画像奥行きに移すために、つまり画色シグナルがピクセル
高さで代表される対象物の画像奥行きとともに新品質画像となるよう、利用可能
な演算技術でこの情報を直接使用し得る（例として３-Ｄグラフィックカ-ドのＺ
バッファにおける管理）。高さ水準と各段階への解像の相違が大きければ大きい
ほど、彩色及び光度により模写された奥行きと相関する実際の空間奥行きを描画
する可能性が改善される。更にピエゾ水晶体ではこれを高周波数振動へ置換し、
各位置から計算または受容した画像情報が観察者に提供されるよう、つまり部分
的画像が各レリ-フ構造にサイクル同期で配列されるよう、画像情報を重ねるこ
とが可能になる。レリ-フ構造という上記概念は個々のピクセルの規定された高
さを有するピクセルマトリクスから形成された画面表面と定義される。

【００１２】 応用例として第１図に三次元画面描画装置の個々のＬＥＤセグメントを図示し
、ここではピクセルキャリア（３）内にテンションをかけると観察者位置（７）
へ伸長するピエゾエレメント（１）がある。このピクセルキャリア（３）には足
（６）があり、この足の上には末端部において全メカニズムを保ち、その末端部
において取り付けプレ-ト（４）で固定され、また観察者から遠ざかる（８）別
の基本動作を可能にする別のピエゾエレメント（２）がカバ-状にある。ピクセ
ルキャリア上にはヘッドとして赤、緑、青の３つのＬＥＤ（５）がある。この三
次元画面描画装置全体は、例として（広告宣伝プレ-ト用に）上記セグメントの
比較的大きな４８０×２７０マトリクスから構成されており、大きさは１６０ｃ
ｍ×９０ｃｍである。

【００１３】 第２図にもう一つの応用例としてピクセルキャリア（３）が３本の線状に配列
されたエレクトロリングコイル（４）内にある。ピクセルキャリア内にはエレク
トロリングコイルルにより適切な高さに位置づけられる鉄心（５）が一つ統合さ
れている。ピクセルキャリア上には更に非制御時にピクセルキャリアを起点に搬
送する螺旋形スプリング（６）がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 三次元画面描画装置の個々のＬＥＤセグメントを示す。

【図２】 もう一つの応用例を示す。

【符号の説明】

１ ピエゾエレメント ２ 別のピエゾエレメント ３ ピクセルキャリア ４ 取り付けプレート ５ ＬＥＤ ６ 足 ７ 観察者位置 ８ 別の基本動作

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年８月９日（２０００．８．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 三次元画面描画装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は表示対象物域の透視画法図を有するオ−トステレオスコ−プ画面描画
用画像キャリアに関するものである。

【０００２】 ステレオスコ-プ画像描画用に画面が円柱レンズ形ラスタ-に集束している静画
面平面を有するＵＳ４５７１６１６及びＤＥ３５２９８１９の投影機が既知であ
る。ここでは画像は垂直線に分割され、画面後壁上に投影され、そして前に置か
れた円柱レンズにより方位選択され、これにより観察者に空間画像効果を生じさ
せる。また横にずれて重なり投影された二つの画像とちょうど同じ色に染めたレ
ンズを有するカラ-フィルタ-眼鏡を使用してこの画像を観察する際に、三次元表
示を作成する立体写真方式も既知である。更には画像を画像表示に同期で、時間
をそれぞれずらして右目あるいは左目に表示し、これにより三次元画像を描画す
るシャッタ−眼鏡(Chip ５／９８、Ｓ ３２) も既知である。

【０００３】 ＪＰ ０７-６４０２０Ａでは焦点距離の短い凸レンズ、光源及びその間に取
り付けた弾性に富む走行体を含む多数の単眼レンズを表示面に置く三次元表示が
既知である。柔軟な走行体により凸レンズと光源の間隔を変化させることにより
、凸レンズで投影された光源画像の位置が変化し、これにより虚像が投影される
。この装置では更に単眼レンズを例として円筒または球体のような幾何形に組織
立てし、３６０度の観察半径における虚「前像と後像」の投影を観察者に可能と
する。このような単眼レンズのズ-ム調整による仮想画像を空間に虚写し、経験
視覚的に得た記憶に基づく知覚心理効果（眼鏡あるいは眼鏡に類似する補助具な
しで）に基づくこのような目に対する直接投影技術においては、対象物の距離想
定が知覚投影の大きさと関連することを利用する。

【０００４】 ＵＳ５７９３９１８では湾曲画面／投影機上に取り付けられ、この投影機で背
景において描画された画像を観察者に向かって、装置／レリ−フ表面に搬送する
ために駆動装置により縦方向に動かされた光導性レンズ／グラスファイバ−を有
する装置が知られている。

【０００５】 付属駆動装置を有し、湾曲画面／投影機に取り付けられたこのグラスファイバ
-は、観察者に向かう方向の終端部で集束し、ホ-ルダにより押され、これにより
実際の対象物と比較し得る高さ構造を有する表面を作り出す。

【０００６】 上記の立体写真方式の欠点は、カラ-コンポネントが多大に損失することにあ
る。また前述のシャッタ-眼鏡方式では特殊眼鏡を使用しなければならず、その
際に画像が分割されることにより、画像反復周波数の半分だけを使用できるとい
う欠点がある。

【０００７】 ＵＳ４５７１６１６とＤＥ３５２９８１９では画像対象物のより大きな空間遠
近を知覚できるよう、画面への視覚角度と距離を変動することにより、三次元画
像作用が相関して損なわれる欠点がある。この方式では観察者が隠れた画像内容
を把握できるよう空間画像効果を高めることにより、より多大な技術を必要とす
る。つまり垂直線の模写、投影機の追加あるいは投影機の観察位置への適合化（
計算）が必要となる。またこの方式では元々、画面が画面直交に回転するとステ
レオスコピ−が失われるという欠点がある。この欠点は多数の観察者が回転画面
あるいは水平画面平面を有する画面（“Responsive Workbench”-Chip ５／９８
Ｓ.３２）を同時に使用する場合に顕著となる。シャッタ−技術を除く上記各方
式においては、それぞれ非常に形の異なる垂直線ラスタ−方式だけが使用される
。

【０００８】 単眼レンズを使用する直接投影技術方式は、上記の各方式に比較して、画質も
非常に劣化し、経費も高くなるばかりでなく、より複雑な画像内容を伴う多大な
技術を必要とする。

【０００９】 ＵＳ５７９３９１８の装置においては生産コストの増加及び画像表示質の悪化
により、経費が非常に高くなる。

【００１０】 これは複雑な光学メカニックが特殊湾曲させた画面／投影機に取り付けられる
ことをその原因とする。

【００１１】 この画面／投影機は高さ変動するレンズ／グラスファイバ−を通して観察者が
把握することになる画像をその背景において描画する。しかしながら画面／投影
機上において非光導性駆動装置を同様に光導性レンズに取り付けなければならな
いゆえに、この画面／投影機は非常に大きな表面を有する必要があり、またこれ
を使用するために複雑に湾曲させなければならない。

【００１２】 更に全面においてこのように複雑に湾曲させた画面／投影機のための画像は、
グラスファイバ−に対する駆動装置ホ−ルダの比較的大きなブラインド域を考慮
するために特殊計算が必要となる。

【００１３】 また画面／投影機上に取り付けたレンズ／グラスファイバ−により、ファイバ
−の定着縦振動と直接関連する１／２４秒という非常に小さなサイクルだけを得
ることができるという物理特性上の欠点がある。このファイバ−振動は位置変更
時に映像レリ−フ終端部で制御不能な表面共鳴として継続する。この表面共鳴は
設定した集束によっても止めることができない。画像レリ−フのグラスファイバ
−終端部を安定させるために設定したガイドグリッドは、設定導体ガイド公差に
より、この不利な作用をより多大なものにする。更にこの偶然に生じる表面共鳴
は、画像レリ−フ奥行きの増加と鋭い端部面を有し、より複雑にまた急速に変動
する画像内容により、観察者の誤知覚（ホイップ効果）を容易にする。

【００１４】 例として表示されたグリッドを画面上でずらすと、表示対象物に適合させるた
めにグラスファイバ-を短いシ-ケンスで次々に相互分散させる必要があり、これ
によりグラスファイバ-に多大な静荷重が生じ、その結果、列挙した各コンポネ
ントにおいて観察者及びそのコンタクトに対しクリティカルであり、新たな経費
を費やし除去しなければならなくなるであろう電界効果及び熱が発生する。

【００１５】 不利な副作用を少なく保つために、画像内容を限定してのみ表示し、またこれ
は当然ながら規格画像反復周波数の時間制動されたシ-ケンスにおけるものとな
る。

【００１６】 この時間制動されたシ-ケンスは、個々のグラスファイバ-は常にその位置で測
定され、目標状況と比較され、補正されなければならないことによっても明らか
になる。

【００１７】 画面表面を高周波数に構造化でき、その画面表面内において画像表示のために
光が直接生じることにより、画像奥行き知覚のための別の技術補助具を必要とし
ない三次元画像描画のために、観察者の規定位置づけをその条件とせず、またこ
の位置の変更時にも新画像の計算を必要とせず、更にこれが知覚品質を制限する
ことなくなされる電子画面を機械稼働によるレンズなしで、わずかな奥行きから
現像することが本発明の課題となる。その際、画面が画面直交に回転するならば
、ステレオスコ-プ効果は保持されなければならない。

【００１８】 この課題は本発明において装置を請求１に記載する特徴に基づき構成すること
により解決される。

【００１９】 画面は個々のＬＥＤセグメント（ピクセル）から好んで構成され、各ピクセル
は３つの加色原色を描画し得る。ＬＥＤの代わりにピクセルとして他の発光体を
適切な寸法の光能動要素として使用できる。個々のピクセルはヘッドとして、高
さ変動するピクセルキャリア上にある。このピクセルはピクセルキャリアの制御
時には相互依存せず、個々の高さ位置（ピクセル高さ）に動かすことができる。
ピクセル高さは無輝度位置（それに対応する無輝度面）と観測者方向及び可逆方
向に逸れるピクセル高さに区分される。無輝度位置はピクセル面を目標高度へと
走行させ、これにより対応する無輝度面が生じるゆえに起点と必ずしも同じとな
るわけではない。これに対応する制御時には、ピクセルを無輝度面下に下げ、そ
して／あるいは無輝度面上に上げることができる。ピクセルキャリアは例として
制御時に要約した高さ効果を生じるよう、多層から成るピエゾ水晶体で構成する
こともできる。この高さ効果は無輝度面及び起点に対して、観察者方向ばかりで
なく可逆方向にも生じさせることができる。その際、例としてＺバッファからの
空間奥行き情報をピクセル高さに相関利用、つまり中間処理なしで利用すること
ができる。その他の応用（例としてスタジアム表示、広告宣伝ボ−ド等）では上
記のピエゾ水晶体よりも制御時間の短い別の駆動ユニットも使用できる。

【００２０】 本発明の有利な効果は、ＬＥＤを各高さ位置に据え得る搬送駆動体をこのＬＥ
Ｄ表面の個々のピクセルの後方に移し、例としてＬＥＤフラット画面等のフラッ
ト画面の規格技術を直接使用できることにある。ここで生じる高さプロファイル
により、横からの観察を始め、どの視覚方向からでも画像シグナルの高度な空間
奥行き知覚が可能となる。画像奥行き情報をレリ-フ状画像奥行きに移すために
、つまり画色シグナルがピクセル高さで代表される対象物の画像奥行きとともに
新品質画像となるよう、利用可能な演算技術でこの情報を直接使用し得る（例と
して３-Ｄグラフィックカ-ドのＺバッファにおける管理）。この新品質画像は数
学モデルのＺ軸（例として上記のＺバッファに保存）を規格係数で乗じ、物理的
に実現することにより得ることができる。高さ水準と各段階への解像の相違が大
きければ大きいほど、彩色及び光度により模写された奥行きと相関する実際の空
間奥行きを描画する可能性が改善される。更にピエゾ水晶体ではこれを高周波数
振動へ置換し、各位置から計算または受容した画像情報が観察者に提供されるよ
う、つまり部分的画像が各レリ-フ構造にサイクル同期で配列されるよう、画像
情報を重ねることが可能になる。

【００２１】 レリ-フ構造という上記概念はピクセルマトリクスから形成された個々のピク
セルの規定高さを有する画面表面と定義される。

【００２２】 ラット画面（例としてＬＥＤ画面）の一般生産技術を使用することにより、少
ない経費で多くの生産個数を達成し得る。

【００２３】 応用例として第１図に三次元画面描画用装置の個々のＬＥＤセグメントを図示
し、ここではピクセルキャリア（３）内にテンションをかけると観察者位置（７
）へ伸長するピエゾエレメント（１）がある。このピクセルキャリア（３）には
足（６）があり、この足の上には終端部において全メカニズムを保ち、その末端
部において取り付けプレ−ト（４）で固定され、また観察者から遠ざかる別の基
本動作を可能にする別のピエゾエレメント（２）がカバ−状にある。ピクセルキ
ャリア（３）上にはピクセル（１２）として赤、緑、青の３つのＬＥＤ（５）か
らなる光源発生ヘッドがある。この三次元画面描画用装置全体は、例として（広
告宣伝プレ−ト用に）上記セグメントの比較的大きな４８０×２７０マトリクス
から構成されており、大きさは１６０ｃｍ×９０ｃｍである。

【００２４】 もう一つの応用例として三次元画面描画用装置の個々のＬＥＤセグメントを第
２図に示し、ここではピクセルキャリア（３）が３本の線状に配列されたエレク
トロリングコイル（９）内にある。ピクセルキャリア（３）上にはピクセル（１
２）として赤、緑、青の３つのＬＥＤ（５）からなる光源発生ヘッド（３）があ
る。ピクセルキャリア内にはエレクトロリングコイルにより適切な高さに位置づ
けられる鉄心（１０）が一つ統合されている。ピクセルキャリア（３）上には更
に非制御時にピクセルキャリアを起点に搬送する螺旋形スプリング（１１）があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 三次元画面描画用装置の個々のＬＥＤセグメントを示す。

【図２】 もう一つの応用例として三次元画面描画用装置の個々のＬＥＤセグメントを示
す。

【符号の説明】 １ ピエゾエレメント ２ 別のピエゾエレメント ３ ピクセルキャリア ４ 取り付けプレート ５ LED ６ 足 ７ 観察者位置 ８ 別の基本動作 ９ エレクトロリングコイル １０ 鉄心 １１ 螺旋形スプリング

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C061 AA06 AA29 AB14 AB18 AB24 5C094 BA23 CA19 CA21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画面表面を形成する個々の光能動又は反射セグメント（ピク
   セル）から構成される三次元画面描画装置において、 ピクセルは、画面表面へと制御可能に高さ変動するピクセルキャリア上にある
   ことを特徴とする画面表面を形成する個々の光能動又は反射セグメント（ピクセ
   ル）から構成される三次元画面描画装置。
2. 【請求項２】 個々のピクセルキャリアを、互いに依存することなく各高さ
   位置へ据えることができることを特徴とする請求項１記載の三次元画面描画装置
   。
3. 【請求項３】 ピクセル高さが、無輝度面に対応し無輝度位置に統合され、
   そこから逸れて観察者方向（ポジティブ）及び／又は可逆方向（ネガティブ）へ
   位置づけられことが可能であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元
   画面描画装置。
4. 【請求項４】 装置稼働時にピクセルキャリアがピクセル目標高さ（無輝度
   位置）へと走行し、制御時に観察者方向（ポジティブ）及び／又は可逆方向（ネ
   ガティブ）へ位置づけされることが可能であることを特徴とする請求項１または
   ２記載の三次元画面描画装置。