JP2007071919A - 三次元画像表示方法および三次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元画像の歪みを簡易に軽減することができる三次元画像表示方法および三次元画像表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の三次元画像表示方法は、互いに半径の異なる複数の同心円筒面状の各々に対応づけられた二次元画像を複数の同心円筒面の各々に沿って円周方向に等角度間隔に配列された画素を含む画素面１１４により表示して、二次元画像が積層された三次元画像を表示する三次元画像表示方法であって、円周方向に隣接する画素間の距離が画素面１１４ごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを、各画素面１１４に対応づけられる二次元画像の各々を調整することにより軽減することを特徴とする。
【選択図】 図３（ａ）

Description

本発明は、三次元画像表示方法および三次元画像表示装置に関し、特に、同心円筒面状に配列された画素により三次元画像を表示する三次元画像表示方法および三次元画像表示装置に関する。

近年、立体画像を表示する多数の技術が提示されており、ホログラフィを用いるものや、人間の両目の視差を利用するものなど様々な技術が提案されている。このような立体画像表示技術は、広告等を表示するディスプレイ装置としての利用など、多様な用途に用いられうる。立体画像を表示する装置としては、本出願人が提案する、回転自在な支持部材に表示パネルを配置し、支持部材の回転に伴って表示パネル上の発光素子を予定の位置で三次元画像に対応させて点灯させることで、三次元画像を観察可能にしたものなどがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−４０６６７号公報

本出願人の提案する三次元画像表示装置に表示される三次元画像は、従来の他の方式により表示される立体画像に比較して、より多くの方向から観察可能である。たとえば、支持部材の外部のどの方向からも、観察者は三次元画像を観察することができる。この装置においては、いわゆる奥行き標本化方式と呼ばれる画像表示方式が用いられる。これは、表示させたい三次元オブジェクトから、例えば奥行き方向に沿って複数の二次元断面画像を抽出し、これらの二次元断面画像を積層させて表示することによって三次元画像を表示する方式である。しかし、本出願人の提案する三次元画像表示装置おいては同心円筒面状に画素が配列されるので、奥行き標本化方式を単に適用すると、表示対象となる三次元画像によっては歪んで見えてしまう場合があることを本発明者は認識した。

そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、三次元画像の歪みを簡易に軽減することにより、観察者にとっての臨場感をさらに向上させることができる三次元画像表示方法および三次元画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の三次元画像表示方法は、互いに半径の異なる複数の同心円筒面の各々に対応づけられた二次元画像を複数の同心円筒面の各々に沿って円周方向に等角度間隔に配列された画素により表示して、二次元画像が積層された三次元画像を表示する三次元画像表示方法であって、円周方向に隣接する画素間の距離が同心円筒面ごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを、各同心円筒面に対応づけられる前記二次元画像を調整することにより軽減することを特徴とする。

この態様によれば、同心円筒面の各々に対応づけられた二次元画像は、各々の円筒面上において円周方向に等角度間隔に配列された画素により表示される。これらの二次元画像は積層されて、外部に適宜設けられた視点からは三次元画像として観察される。本願発明者は、このとき、円周方向に隣接する画素間の距離が同心円筒面ごとに異なることに起因して三次元画像に歪みが生じ得ることを発見した。そして、各同心円筒面に対応づけられる二次元画像の各々をたとえば同心円筒面の各々の半径に応じて調整すれば、三次元画像の歪みを簡易に軽減することができることを見出した。

二次元画像の調整の一例として、同心円筒面のうちの基準円筒面よりも内側に形成される内側円筒面の各々に対応づけられる二次元画像の各々を円周方向に拡大してもよい。あるいは、同心円筒面のうちの基準円筒面よりも外側に形成される外側円筒面の各々に対応づけられる二次元画像の各々を円周方向に縮小してもよい。

このようにすれば、二次元画像の円周方向への拡大または縮小という簡易な調整により、中心軸に近接する円筒面に沿って円周方向に隣接する画素間の距離が、中心軸から離隔する円筒面に沿って円周方向に隣接する画素間の距離よりも小さいことによって生じる三次元画像の歪みを軽減することができる。

さらに、同心円筒面の各々において二次元画像を表示するための二次元画像表示領域を設定する際に、基準円筒面における二次元画像表示領域の円周方向画素数よりも各内側円筒面における二次元画像表示領域の円周方向画素数を大きくしてもよい。このようにすれば、二次元画像表示領域に二次元画像を対応づけることによって、各内側円筒面に表示される二次元画像を円周方向に容易に拡大することができる。

このとき、同心円筒面のうち最も大きな半径を有する最外周の円筒面を基準円筒面として、同心円筒面の各々の半径に反比例して二次元画像表示領域の各々の円周方向画素数を大きく設定してもよい。このようにすれば、最外周円筒面を除くすべての同心円筒面に対応づけられる二次元画像は円周方向に拡大されるので、積層されて表示される三次元画像が縮小されないという点で好ましい。また、同心円筒面の半径に反比例して円周方向の画素数を増加させるという簡易な処理により、三次元画像の歪みを軽減することができる。

本発明の別の態様は、三次元画像表示装置である。この装置は、所定の回転軸からの距離を互いに異ならせて配設され周期的に発光可能とされた複数の表示パネルと、画素として機能する発光可能位置を複数の表示パネルごとに画定するように複数の表示パネルを回転軸の周りに回転させる駆動機構と、回転方向に隣接する画素間の距離が表示パネルごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを軽減するように調整された画像データを記憶する画像データ記憶部と、画像データ記憶部に記憶された画像データを表示パネルの回転中の位置に基づいて複数の表示パネルの各々に供給する画像表示制御部と、を有する。

この態様によっても、回転方向に隣接する画素間の距離が同心円筒面ごとに異なることに起因する三次元画像の歪み簡易に軽減することができる。

以上の構成を任意に置き換え、また表現を装置、方法、コンピュータプログラム、記録媒体等に変更したものもまた、本発明として有効である。

以下、引き続き図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について説明する。理解を容易にするために、本実施形態を詳細に説明するのに先だって、本実施形態における三次元画像の表示原理と本実施形態の前提となる問題点を説明した上で、本実施形態における処理を説明する。

図１は、本実施形態における三次元画像の表示原理を示す模式図である。図１には一例として直方体が表示されている状態を模式的に示す。複数の表示パネル１６のそれぞれには、図１に示される方向Ａに沿って複数の発光ダイオードユニット４２が一列に配列されている。各発光ダイオードユニット４２は、たとえば三原色のそれぞれを発光できる発光ダイオードを含み、任意の色で発光することができるように構成されている。各表示パネル１６は、発光ダイオードユニット４２の配列方向Ａに垂直な方向Ｓに移動可能に構成されている。観察者はたとえば配列方向Ａおよび移動方向Ｓの双方に垂直な方向Ｃから観察する。各表示パネル１６は配列方向Ａに垂直な平面内において観察方向Ｃに交差する方向Ｄに沿って配列される。これは、奥に設けられた表示パネル１６上の発光ダイオードユニット４２から観察者に向かう光が、その手前に設けられた表示パネル１６によって遮られるのを防ぐためである。

各発光ダイオードユニット４２は、各表示パネル１６の移動中に周期的に発光することができるように制御される。各表示パネル１６の移動に伴って各発光ダイオードユニット４２が発光可能とされた位置が、本表示原理における画素として機能する。各表示パネル１６が移動方向Ｓに移動することにより、発光ダイオードユニット４２の配列方向Ａおよび移動方向Ｓに沿って画素が配列された画素面１１０が形成される。さらに各表示パネル１６は方向Ｄに沿って配列されているので、立体的に画素が配列された画素群が形成される。なお、図１では最も手前の表示パネル１６に対応する画素面１１０を一点鎖線で示す。

このとき三次元画像は次のように表示される。まず、表示させたい三次元オブジェクトから、表示パネル１６の数に相当する数の二次元断面画像を抽出する。各二次元断面画像は複数の平行な平面と三次元オブジェクトとの交わりから得ることができる。このとき各画素面１１０内に収めて表示することができるように各画素面１１０上に予め設定された二次元画像表示領域１１１の画素数で各二次元断面画像は構成される。各二次元画像表示領域１１１の画素数はそれぞれ同一とされている。なお、図１では最も手前の表示パネル１６に対応する二次元画像表示領域１１１を点線で示す。そして、抽出された複数の二次元断面画像のそれぞれを各画素面１１０上に設定された二次元画像表示領域１１１のそれぞれに対応づける。対応づけられた二次元断面画像が各表示パネル１６の移動に伴って各二次元画像表示領域１１１に残像効果により表示されるように、各二次元断面画像を、各表示パネル１６に配列された発光ダイオードユニット４２ごとの画像データに変換する。この画像データに基づいて各表示パネル１６の位置に応じて各発光ダイオードユニット４２は明滅する。

その結果、各二次元画像表示領域１１１が積層された三次元画像表示領域１１２に三次元画像が表示される。このようにして、図１に例示された直方体のように所望の三次元オブジェクトを三次元画像表示領域１１２に表示することができる。

なお、上述の説明では、二次元断面画像を三次元オブジェクトから抽出しているが、これに限られない。例えば、表示させたい三次元画像を構成する複数の二次元断面画像を三次元オブジェクトを介さずに直接作成してもよい。

この表示原理においては、残像効果により画像が表示される程度に観察者の視野内を周期的に各表示パネル１６が通過しなければならない。その手法としては、たとえば、各表示パネル１６が直線的に往復動するものと各表示パネル１６が周回運動するものとが考えられる。ところが、各表示パネルを高速に往復動させると激しい振動が生じるという問題がある。そこで、本実施形態においては周回運動を採用し、図４および図５を参照して後述するように、駆動機構を簡易に構成するために各表示パネル１６が所定の軸周りに回転運動する方式とする。この場合、各表示パネル１６の軌跡は互いに半径の異なる同心円筒面となり、この同心円筒面上に画素が配列される。

図２は、本実施形態における画素の配列を示す模式図である。図２に示されるように回転軸をｚ軸、ｚ軸からの放射方向をｒ軸、回転方向をθ軸とするｒθｚ円筒座標系を考える。上述の表示原理によれば、ｚ軸周りに各表示パネル１６が回転することに伴ってｚ軸を中心軸とする同心円筒面に沿った複数の画素面１１４上に配列された画素群が形成される。本実施形態においては、ｚ軸を包囲するように全周にわたって画素は配列されるが、図２においては便宜上θ軸方向の角度φの領域に形成される画素だけを図示している。

各表示パネル１６は一定の角速度で回転し、各発光ダイオードユニット４２は周期的に発光可能に制御されるので、各画素は同心円筒面に沿ってθ軸方向に等角度間隔に配列され、各画素面１１４の画素数はそれぞれ等しい。したがって、θ軸方向に隣り合う画素間の距離はｒ軸方向の位置に応じて各画素面１１４ごとに異なり、ｚ軸に近接するほど小さくなり、逆にｚ軸から離隔するほど大きくなる。

このようにθ軸方向に隣り合う画素間の距離がｒ軸方向の位置に応じて同心円筒面ごとに異なることに起因して、表示される三次元画像には以下のように歪みが生じてしまう場合があることを本願発明者は発見した。たとえば図１に示される三次元画像表示領域１１２により表示されたのと同様の直方体を図２に示される三次元画像表示領域１１６により表示することを考える。

まず直方体から表示パネル１６の数に相当する数の二次元断面画像を抽出する。これらの二次元断面画像の画素数は、各画素面１１４上に予め設定された二次元画像表示領域１１５の画素数に等しくされている。各二次元画像表示領域１１５は、θ軸方向については基準となる動径ＥＴからたとえば角度αの範囲の画素を含み、ｚ軸方向についてはたとえばすべての画素を含むように設定される。そして、抽出された二次元断面画像のそれぞれを各画素面１１４上に設定された二次元画像表示領域１１５に対応づける。対応づけられた二次元断面画像は各表示パネル１６の回転に伴って各画素面１１４に積層されて表示される。このとき、観察者は、三次元画像表示領域１１６に表示された直方体に相当する三次元画像を例えば観察方向Ｃから観察することができる。

三次元画像表示領域１１６においては、上述のようにｒ軸方向の位置がｚ軸から離れるほど隣り合う画素間の距離が大きくなっている。よって、各画素面１１４に表示される二次元断面画像はｚ軸からの距離が大きいほど幅広となるので、表示される三次元画像は歪んでしまう。すなわち、三次元画像表示領域１１６は図２においてはＥＦＧＨ−ＰＱＲＳにより示される領域となり、直方体は観察方向Ｃから見たときに左側端面ＥＦＱＰと右側端面ＨＧＲＳとの間に歪んで表示される。

実際には上述の歪みのほかにも歪みは生じている。平面画像である各二次元断面画像を、円筒面である各画素面１１４に対応づけて表示させることによる歪みである。仮に、表示対象とされた三次元オブジェクトから発光ダイオードユニット４２ごとの画像データを作成する際に、例えばｒθｚ円筒座標系への座標変換等を含む適宜の処理を行うことができれば、これらの歪みをすべて解消することも不可能ではないであろう。しかし、そのための処理量は大きくなるおそれがある。特に動画を表示する場合にはフレームごとにそのような処理をすることが必要となるために、処理量は膨大となり現実的には処理を行うことが困難となってしまう可能性がある。

本願発明者が実際に歪んで表示された三次元画像を観察した結果、上述の２種類の歪みのうちの一方が、三次元画像を観察する観察者にとっての臨場感に特に大きな影響を与えることを見出した。それは、前者のものである。すなわち、θ軸方向に隣接する画素間の距離がｒ軸方向の位置に応じて異なることに起因する歪みである。

引き続いて図３を参照して、観察者の臨場感に大きく影響する歪みを軽減するための本実施形態における処理を説明する。図３は、本実施形態における処理を示す概念図である。図３には、図２に示された角度αの範囲の三次元画像表示領域１１６が示されている。図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）をｚ軸方向から見たときの平面図である。

本実施形態において歪みを軽減するためには、各二次元画像表示領域１１５の各々のθ軸方向の画素数が異なるように設定される。そして、互いに異なるように設定された各二次元画像表示領域１１５の画素数と、表示対象の三次元オブジェクトから抽出されて各二次元画像表示領域１１５に対応づけられる各二次元断面画像の画素数とが同一となるように各二次元断面画像は調整される。このとき、理想的には、三次元画像表示領域１１６のθ軸方向の端面どうしが平行となるように、各二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を調整することが好ましい。そうすれば、観察者が観察方向Ｃから観察したときに三次元画像の歪みが軽減して見える。

そのために、例えば最も外側の画素面１１４を基準円筒面として画素数を不変とし、それよりも内側の各画素面１１４上の二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を増加させる。最も外側の画素面１１４を基準円筒面とすれば、各二次元画像表示領域１１５に対応づけられる二次元断面画像の各々のθ軸方向の画素数を調整に伴って減少させる必要がないという点で好ましいためである。

本実施形態においては、各二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を例えば各画素面１１４の半径の長さに反比例して増加させる。そして、図３（ｂ）に示されるように、対称軸ＴＵに関して線対称となるように、各二次元画像表示領域１１５はθ軸方向の画素数の増加に伴って両側に広げられる。なお、対称軸ＴＵは、基準円筒面である最も外側の画素面１１４上の二次元画像表示領域１１５に対する中心角αの二等分線である。

上述のように画素数を増加させる場合には、θ軸方向の端面どうしを平行とすることはできないものの、簡易に平行に近い状態とすることができるという点で好ましい。これは表示される三次元画像に応じて適宜選択すべき事項である。例えば三次元画像が三次元画像表示領域１１６の外周部には表示されずに中心付近に表示される場合には、三次元画像表示領域１１６のθ軸方向の端面の形状が観察者の臨場感に与える影響は小さい。よって、必ずしも三次元画像表示領域１１６のθ軸方向の端面どうしを完全に平行にする必要はない。

このような調整の結果、図３（ａ）に示されるように、θ軸方向の左側端面ＥＦＱＰは、三次元画像表示領域１１６を広げる方向（図３中の矢印Ｍの方向）に線分ＥＦを不変としたままで移動して、左側端面ＥＦＪＩとなる。本実施形態においては、最も半径の大きい表示パネル１６に相当する線分ＥＦが基準位置として調整前後でθ軸方向に位置を変化させないものとされている。基準円筒面である最も外側の画素面１１４の画素数を変化させないので、線分ＥＦとともに線分ＨＧも位置は変わらない。よって、θ軸方向の右側端面ＨＧＲＳは、三次元画像表示領域１１６を広げる方向（図３中の矢印Ｎの方向）に線分ＨＧを不変としたままで移動して、右側端面ＨＧＫＬとなる。

そうすると、調整前には図２に示されるようにＥＦＧＨ−ＰＱＲＳにより示される領域に歪んで表示された直方体は、調整後には図３における領域ＥＦＧＨ−ＩＪＫＬに表示される。調整前の左側端面ＥＦＱＰおよび右側端面ＨＧＲＳに比較して、調整後の左側端面ＥＦＪＩおよび右側端面ＨＧＫＬは、平行に近い状態とすることができる。その結果、表示される直方体の歪みは軽減される。

なお、弧ＰＳに対応する弦ＰＳの長さを基準となる弦ＥＨの長さに一致させるようにθ軸方向の画素数を増加させた場合には、調整後の弦ＩＬの長さと弦ＥＨの長さとは等しくなる。この場合には、調整後の左側端面ＥＦＪＩおよび右側端面ＨＧＫＬを平行にすることができる。

なお、本実施形態においては、各画素は空間に同心円筒面状に離散的に配列されている。このため「θ軸方向の端面」は厳密には面とはならずに、実際には各画素の離散的な配列が反映されて凹凸を有する面状の配列となる場合がある。本明細書においては、「θ軸方向の端面」およびこれに類する表現は、厳密に面を意味するものではなく、各画素の離散的な配列に伴う凹凸の存在を許容するものとする。

また、本実施形態においては、直方体を表示させる場合を一例として説明を行った。これはあくまでも理解を容易にするための例示であって、より複雑な他のさまざまな形態の三次元画像を表示する際にも本発明を適用することはもちろん可能である。

以下、図４〜図７を参照して、本実施形態に係る三次元画像表示装置１を詳細に説明する。三次元画像表示装置１を動作させることにより、図３に示されるような同心円筒面状に立体的に配列される画素群が形成され、これらの画素群により三次元画像を表示することができる。図４は、本実施形態に係る三次元画像表示装置１の斜視図である。

三次元画像表示装置１は、ベース２、回転テーブル３、複数の表示パネル１６、および回転軸固定部２１４を含んで構成される。

ベース２は操作部２００とプーリーボックス部２０２とを含む。操作部２００の表面には、三次元画像表示装置１を操作するための液晶操作パネル２１６が設けられる。操作部２００の内部には、図示されない制御装置等が収納されている。この制御装置により回転テーブル３の回転等の必要な制御が行われる。プーリーボックス部２０２には回転テーブル３を回転するための駆動機構が設けられている。

円板状の回転テーブル３の上面には複数の表示パネル１６が平行に固定されている。表示パネル１６はそれぞれ回転テーブル３の上面から垂直に上方に延びている。回転テーブル３の下面の中心部には回転伝達軸５が固定されている。回転伝達軸５はプーリーボックス部２０２に収納されている駆動機構により回転する。回転伝達軸５の回転に伴って回転テーブル３は回転する。

回転テーブル３上に多数の表示パネル１６が固定されるので、三次元画像表示装置１の重心位置は比較的高くなる。そのために回転テーブルを高速に回転させると大きな遠心力が生じて回転テーブルが歪んでしまい、安定して回転することが難しくなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、回転軸固定部２１４で表示パネル１６の上方からも固定することにより遠心力の影響を小さくして安定的に回転テーブル３を高速に回転することができるようにしている。

回転軸固定部２１４は、天板２０８、Ｌ字状固定部材２０６、固定軸２１０、および天板軸受部２１２を含む。円板状の天板２０８の下面に各表示パネル１６の上部が固定される。天板２０８の中心部には天板軸受部２１２が設けられ、天板軸受部２１２に対して回転自在に固定軸２１０が接続されている。固定軸２１０は回転伝達軸５と同軸に配設されており、その上端はＬ字状固定部材２０６に固定される。Ｌ字状固定部材２０６は、固定軸２１０が固定された一端から水平方向に天板２０８の径を越えて延び、Ｌ字状に折れ曲がって鉛直方向下方に延びている。Ｌ字状固定部材２０６の下端はベース２に固定される。

図５は、プーリーボックス部２０２の要部の断面を示す概略断面図である。図５を参照して三次元画像表示装置１に搭載された駆動機構を説明する。駆動機構は、モータ２１８、第１タイミングプーリー２２４、第２タイミングプーリー２２６、およびタイミングベルト２２８等から構成されている。

プーリーボックス部２０２には密閉された内部空間２３０が形成されている。この内部空間２３０に第１タイミングプーリー２２４、第２タイミングプーリー２２６、タイミングベルト２２８等を収納することにより駆動時の騒音の外部への漏れを抑制することができる。

プーリーボックス部２０２の下面にはモータ２１８が固定されている。本実施形態においては、モータ２１８としてＤＣブラシレスモータを用いている。モータ２１８にはロータリーエンコーダ２１９が搭載されている。ロータリーエンコーダ２１９は、モータ２１８の回転と同期した回転位置信号を発生することができる。なお、ロータリーエンコーダ２１９が内蔵されたモータ２１８を用いてもよい。モータ２１８の出力軸２２０はモータ２１８から内部空間２３０に向けて延び、プーリーボックス部に配設された第１軸受２３２に回転自在に支持されている。出力軸２２０の中央部には同軸に第１タイミングプーリー２２４が固定されている。

第１タイミングプーリー２２４および第２タイミングプーリー２２６には、モータ２１８の回転を第１タイミングプーリー２２４から第２タイミングプーリー２２６へと伝達することができるようにタイミングベルト２２８が架け渡されている。第１タイミングプーリー２２４と第２タイミングプーリー２２６との減速比は、本実施形態では例えば１：３としている。第２タイミングプーリー２２６は回転伝達軸５の下部に同軸に固定されている。回転伝達軸５は、プーリーボックス部２０２に設けられた第２軸受２３４および第３軸受２３６により回転自在に支持されている。

このように構成されることにより、モータ２１８の回転は出力軸２２０および第１タイミングプーリー２２４を介してタイミングベルト２２８に伝達される。タイミングベルト２２８に伝達された回転は、さらに第２タイミングプーリー２２６を介して回転伝達軸５へと伝達される。このようにして、回転伝達軸５に固定されている回転テーブル３はモータ２１８の回転に伴って回転する。

なお、本実施形態においては、第１タイミングプーリー２２４、第２タイミングプーリー２２６およびタイミングベルト２２８という減速機構を介してモータ２１８と回転テーブル３とが接続されている。よって、回転テーブル３からの荷重がそのままモータ２１８にかかるのを防ぐことができる。

一方、回転伝達軸５の下端にはロータリーコネクタ２２２が接続されている。ロータリーコネクタ２２２は、固定部２４９と回転部２４８とを含んで構成されている。固定部２４９と回転部２４８とは電気的に接続された状態で所定の軸周りに互いに回転自在に接続されているので、回転する対象に電力や制御信号等を固定部２４９および回転部２４８を介して供給することができる。

ロータリーコネクタ２２２の回転部２４８が回転伝達軸５と同軸に回転することができるように、ロータリーコネクタ２２２の固定部２４９はプーリーボックス部２０２に固定される。固定部２４９には図示されない電源やロータリーエンコーダ２１９等からのケーブルが接続される。電力や制御信号等を供給するためのケーブル（図示せず）は、さらに回転部２４８から中空とされた回転伝達軸５の内部を通って回転テーブル３上に設けられた画像表示制御部２５０（図７参照）や各表示パネル１６等に接続される。回転部２４８と固定部２４９とは電気的に接続されているので、回転テーブル３の回転中であっても各表示パネル１６等に電力や制御信号等を供給することができる。

図６は、回転テーブル３上の各表示パネル１６の平面配置を示す平面図である。図６には、回転テーブル３を回転軸方向から見たときの各表示パネル１６の配置が示されている。各表示パネル１６は、回転テーブル３を回転軸方向から見たときに略８の字状に配列されて回転テーブル３に固定され、回転テーブル３の回転軸を全体として包囲するように配列されている。

回転テーブル３上には、回転テーブル３の回転方向Ｔに関して順に、各々が複数の表示パネル１６を含む第１表示パネル群１５１、第２表示パネル群１５２、第３表示パネル群１５３、および第４表示パネル群１５４の４つの表示パネル群が設けられる。第１表示パネル群１５１と第３表示パネル群１５３とは、回転テーブル３の回転軸に関して互いに対称に設けられている。また、第２表示パネル群１５２と第４表示パネル群１５４とは、回転テーブル３の回転軸に関して互いに対称に設けられている。本実施形態では、たとえば、各々の表示パネル群に１０本の表示パネル１６が含まれる。

第１表示パネル群１５１においては、最も回転軸に近接した表示パネル（以下、これを「第１最内部表示パネル」という。他の表示パネル群においても同様とする。）６１から最も回転軸から離隔した表示パネル（以下、これを「第１最外部表示パネル」という。他の表示パネル群においても同様とする。）７１へと順に、第１最内部表示パネル６１の回転半径と各々の表示パネル１６の回転半径との間になす角度が一定量増加するたびに、各々の表示パネル１６の回転半径の長さも一定量増加して外周部に近づいていくように、各表示パネル１６は、らせん状に配列されて回転テーブル３上に固定されている。すなわち、回転テーブル３の表面と回転軸との交点を原点とする２次元極座標系を考えたときに、各表示パネル１６の偏角が増加するにつれて、各表示パネル１６の回転半径の長さが増加するように配列されている。なお、図６において、偏角の増加する方向は、回転テーブル３の回転方向Ｔとする。

一方、第２表示パネル群１５２においては、第２最外部表示パネル７２から第２最内部表示パネル６２へと順に、第２最外部表示パネル７２の回転半径と各々の表示パネルの回転半径との間になす角度が一定量増加するたびに、各々の表示パネル１６の回転半径の長さが一定量減少して中心部に近づいていくように、各表示パネル１６は、らせん状に配列されて回転テーブル３上に固定されている。すなわち、回転テーブル３の表面と回転軸との交点を原点とする２次元極座標系を考えたときに、各表示パネル１６の偏角が増加するにつれて、各表示パネル１６の回転半径の長さが減少するように配列されている。なお、本実施形態では、いずれの表示パネル群においても、隣り合う表示パネル１６の回転半径の間になす角度は例えば４度であり、回転半径の長さは例えば４ｍｍずつ変化する。

このような配列とすることによって、各表示パネル１６上に配列された発光ダイオードユニット４２から発せられる光が他の表示パネル１６によって遮られることが従来よりも少なくなる。よって三次元画像表示装置１の視野角は広くなり、観察者はより広い範囲から画像を観察することができるようになる。また、表示パネル１６が従来よりも多く設置されているので、表示される三次元画像が明るくなり、画像のちらつきが低減される。

各表示パネル１６は、三次元画像表示装置１の仕様に応じて必要な個数の発光ダイオードユニット４２を並べることができるような長さと幅を有する。各表示パネル１６の発光ダイオードユニット４２が並べられた面は、回転テーブル３の半径方向外側を向いている。本実施形態では、例えば表示パネル１６はガラスエポキシ基板とされ、３０個の発光ダイオードユニット４２が８ｍｍ間隔ではんだ付けされて一列に配列されている。複数の発光ダイオードユニット４２の各々は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを含み、赤色、緑色、および青色の三原色を適宜発光することにより任意の色の光を発光することが可能となるように構成されている。

各表示パネル１６の外部に露出した表面は黒色とされている。これは、各発光ダイオードユニット４２から発せられる光と、各発光ダイオードユニット４２の周囲において外部に露出した各表示パネル１６の表面とのコントラストを高めて、表示される三次元画像を観察しやすくするためである。

図７は、本実施形態における画像表示制御部２５０を示す制御ブロック図である。画像表示制御部２５０はロータリーエンコーダ２１９、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）２５８、メモリ２５２、マルチプレクサ２５４、ＦＥＴアレイ２５６、および各発光ダイオードユニット４２等を含んで構成される。

ＣＰＬＤ２５８は、ロータリーエンコーダ２１９、メモリ２５２、およびマルチプレクサ２５４に接続されている。ＣＰＬＤ２５８、メモリ２５２、およびマルチプレクサ２５４は回転テーブル３上に設けられる。ＣＰＬＤ２５８とロータリーエンコーダ２１９とはロータリーコネクタ２２２を介して接続される。メモリ２５２には、三次元画像を表示するための画像データが予め記憶されている。本実施形態においては、回転方向に隣接する画素間の距離が表示パネル１６ごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを軽減するように調整された画像データがメモリ２５２に記録されている。メモリ２５２としては、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを用いることができる。

ロータリーエンコーダ２１９は、回転中の位置を示す信号をＣＰＬＤ２５８に送信する。ロータリーエンコーダ２１９からの信号を受信したＣＰＬＤ２５８は、メモリ２５２のアドレスを決定する。そうすると、メモリ２５２からマルチプレクサ２５４にそのアドレスの画像データが出力される。それとともに、ＣＰＬＤ２５８は、ＦＥＴアレイ２５６上の指定のＦＥＴが接続されるようにスイッチを切り替えるための制御信号をマルチプレクサ２５４に送信する。ＣＰＬＤ２５８からの制御信号により、マルチプレクサ２５４は、メモリ２５２から入力された画像データをＦＥＴアレイ２５６上の指定されたＦＥＴに供給する。メモリ２５２から出力された画像データは、指定されたＦＥＴに接続されている発光ダイオードユニット４２へと供給される。発光ダイオードユニット４２はその画像データに基づいて点灯または消灯する。その結果、同心円筒面状に配列された画素群に三次元画像が表示される。

なお、ＦＥＴアレイ２５６上の指定されたＦＥＴのゲートにマルチプレクサ２５４から入力される電圧を制御することにより、ＦＥＴのドレインから出力される電流を制御することができる。これにより発光ダイオードユニット４２に含まれる各発光ダイオードを所望の輝度で発光させることができる。また、このときＦＥＴの入力容量であるコンデンサに電荷が蓄積される。よって、マルチプレクサ２５４においてスイッチが切り替わってＯＦＦとされた後も、蓄積された電荷により引き続き発光ダイオードの輝度を維持することができる。

図８は、本実施形態に係る三次元画像表示装置１に三次元画像を表示した状態を示す模式図である。図８には三次元画像として例えば自動車８０を表示した状態を示す。自動車８０を表示するための画像データは、歪みを軽減するための処理が予め実行されたものとなっている。この画像データは、画像表示制御部２５０のメモリ２５２に予め記録されている。

上述の三次元画像表示装置１においては、モータ２１８などからなる駆動機構が回転テーブル３とともに各表示パネル２６を回転させることにより、各表示パネル１６のらせん状の配列に対応する同心円筒面状の画素群が立体的に形成される。回転している間、ロータリーエンコーダ２１９は回転テーブル３の回転位置をＣＰＬＤ２５８に出力する。ＣＰＬＤ２５８は、ロータリーエンコーダ２１９から入力された回転位置に基づいて、メモリ２５２に予め記録された画像データをそれぞれの発光ダイオードユニット４２に供給する。その結果、各表示パネル１６上の各発光ダイオードユニット４２は表示されるべき三次元画像に対応して点灯または消灯し、三次元画像表示装置１の外部のどの方向からでも観察することができる三次元画像が表示される。

なお、回転テーブル３が高速に回転するために各表示パネル１６は視認されにくい。よって、表示される自動車８０は、三次元画像表示装置１の内部の空間に浮かんでいるように見える。なお、三次元画像表示装置１の動作中に画素が形成される領域を図８において一点鎖線で示す。

本実施形態においては、二次元断面画像の円周方向の画素数を調整するという簡易な処理を予め行うことにより、各二次元断面画像は円周方向に拡大されて二次元画像表示領域１１５に表示される。その結果、円周方向に隣接する画素間の距離が同心円筒面ごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを軽減することができる。歪みが軽減されることにより、観察者にとっての臨場感にを損なうことが抑制され、実用性の高い三次元画像表示方法および三次元画像表示装置が提供される。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

本実施形態においては、各画素面１１４の半径に反比例して各二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を増加させるとしたが、これに限られない。例えば、各二次元画像表示領域１１５に対する中心角に着目してもよい。すなわち、隣接する同心円筒面の各々に割り当てられた二次元画像表示領域１１５が円周方向において占める角度範囲が、隣接する同心円筒面のうち半径のより小さい円筒面における二次元画像表示領域１１５の角度範囲に包含されるように、各二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を設定してもよい。このようにしても、本実施形態と同様に三次元画像の歪みを軽減することができる。

本実施形態においては、最も外側の画素面１１４を基準円筒面としたが、これに限られない。基準円筒面として他の画素面１１４のいずれかを適宜選択し、基準円筒面よりも内側の画素面１１４上の二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を増加させてもよい。それとともに、基準円筒面よりも外側の画素面１１４上の二次元画像表示領域１１５のθ軸方向の画素数を減少させてもよい。なお、基準円筒面としては各画素面１１４のいずれかを適宜選択してもよいし、各画素面１１４のいずれとも半径が異なる同心円筒面から仮想的に設定してもよい。

また、本実施形態においては、歪みを軽減する処理が施された画像データを予めメモリ２５２に記録している。しかし、歪みを軽減するための本発明による処理が施されていない画像データに対して三次元画像を表示するときに本発明の処理を実行するようにしてもよい。

さらに本実施形態においては、各表示パネル１６は円周上を運動するように構成され同心円筒面状に立体的に画素群が形成されているが、これに限られない。例えばレーストラック状の軌道のように半円や円弧などの円周の一部を含む周回軌道に沿って各表示パネル１６を運動させて立体的に画素群を形成する場合にも、本発明を適用して三次元画像の歪みを軽減することが可能である。

本実施形態における三次元画像の表示原理を示す模式図である。 本実施形態における画素の配列を示す模式図である。 本実施形態における歪みを軽減する処理を示す概念図である。 図３（ａ）をＺ軸方向から見たときの平面図である。 本実施形態に係る三次元画像表示装置の斜視図である。 プーリーボックス部の要部の断面を示す概略断面図である。 回転テーブル上の各表示パネルの平面配置を示す平面図である。 本実施形態における画像表示制御部を示す制御ブロック図である。 本実施形態に係る三次元画像表示装置に三次元画像を表示した状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 三次元画像表示装置、 ２ ベース、 ３ 回転テーブル、 ５ 回転伝達軸、 １６ 表示パネル、 ４２ 発光ダイオードユニット、 １１４ 画素面、 １１５ 二次元画像表示領域、 １１６ 三次元画像表示領域、 ２０２ プーリーボックス部、 ２１９ ロータリーエンコーダ、 ２５０ 画像表示制御部、 ２５２ メモリ、 ２５８ ＣＰＬＤ。

Claims (5)

1. 互いに半径の異なる複数の同心円筒面の各々に対応づけられた二次元画像を前記複数の同心円筒面の各々に沿って円周方向に等角度間隔に配列された画素により表示して、前記二次元画像が積層された三次元画像を表示する三次元画像表示方法であって、
   前記円周方向に隣接する画素間の距離が前記同心円筒面ごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを、前記各同心円筒面に対応づけられる前記二次元画像を調整することにより軽減することを特徴とする三次元画像表示方法。
2. 前記同心円筒面のうちの基準円筒面よりも内側に形成される内側円筒面の各々に対応づけられる前記二次元画像の各々を前記円周方向に拡大することを特徴とする請求項１に記載の三次元画像表示方法。
3. 前記同心円筒面の各々において前記二次元画像を表示するための二次元画像表示領域を設定する際に、
   前記基準円筒面における前記二次元画像表示領域の円周方向画素数よりも前記各内側円筒面における前記二次元画像表示領域の円周方向画素数を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の三次元画像表示方法。
4. 前記同心円筒面のうち最も大きな半径を有する最外周の円筒面を前記基準円筒面として、前記同心円筒面の各々の半径に反比例して前記二次元画像表示領域の各々の前記円周方向画素数を大きく設定することを特徴とする請求項３に記載の三次元画像表示方法。
5. 所定の回転軸からの距離を互いに異ならせて配設され周期的に発光可能とされた複数の表示パネルと、
   画素として機能する発光可能位置を前記複数の表示パネルごとに画定するように前記複数の表示パネルを前記回転軸の周りに回転させる駆動機構と、
   回転方向に隣接する前記画素間の距離が前記表示パネルごとに異なることに起因する三次元画像の歪みを軽減するように調整された画像データを記憶する画像データ記憶部と、
   前記画像データ記憶部に記憶された前記画像データを前記表示パネルの回転中の位置に基づいて前記複数の表示パネルの各々に供給する画像表示制御部と、
   を有することを特徴とする三次元画像表示装置。
   

Images