JP2014066867A - 空間表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散板の取り扱いが簡単な空間表示装置を提供する。また、観察位置を移動した場合に、画像が滑らかに切り替わる空間表示装置を提供する。
【解決手段】空間表示装置２０１は、入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転板１０と、反転板１０から出射した画像を拡散させる拡散板２０と、入射面側に配置され、出射面側で観察する像の映像を、反転板１０の入射面に向けて出光する複数のプロジェクタ２３０とを備え、複数のプロジェクタ２３０は、複数の出光位置にそれぞれ配置され、各プロジェクタ２３０が、各出光位置に対応した映像を出光し、左右方向Ｘにずらしながら、上下方向Ｚにずらしてアレイ状に配置されており、各プロジェクタ２３０から出光した各映像を、反転板１０によって出射面側の空間の集光位置にそれぞれ集光させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、空中に画像を表示する空間表示装置に関するものである。

従来、２面コーナーリフレクタアレイ（Ｄｉｈｅｄｒａｌ Ｃｏｒｎｅｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ａｒｒａｙ、以下「ＤＣＲＡ」ともいう）の下面に複数のプロジェクタをアレイ状に配置して、プロジェクタの映像を拡散板を通して、ＤＣＲＡの上側に結像させて、立体的に観察させる表示装置があった（例えば非特許文献１）。
しかし、従来の表示装置は、拡散板を下面に浮かせた状態で配置しなければならず、拡散板の取り扱いが難しかった。
また、プロジェクタ間の間隔は、レンズ径のサイズ等のために、通常は、数十ｍｍ程度必要である。このため、従来の表示装置は、複数のプロジェクタ間の間隔が大きくなり、拡散板で映像を拡散したとしても、観察位置を数十ｍｍ以上動かさないと、画像が切り替わらなかった。

３次元画像コンファレンス２０１２ 講演論文集 Ｖｏｌ．２０２０１２年７月１２，１３日 ｐ１３６〜１３９

本発明の課題は、拡散板の取り扱いが簡単な空間表示装置を提供することである。
また、本発明の課題は、観察位置を移動した場合に、画像が滑らかに切り替わる空間表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

・第１の発明は、入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材（１０）と、前記反転部材から出射した画像を拡散させる拡散板（２０）と、前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する複数の映像出力部（２３０）とを備え、前記複数の映像出力部は、複数の出光位置にそれぞれ配置され、前記各映像出力部が、前記各出光位置に対応した前記映像を出光し、観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向にずらしながら、観察者の観察上下方向に対応した方向である対応上下方向にずらしてアレイ状に配置されており、前記各映像出力部から出光した前記各映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置にそれぞれ集光させること、を特徴とする空間表示装置（２０１）である。
・第２の発明は、第１の発明の空間表示装置において、前記拡散板（２０）は、前記反転部材（１０）の前記出射面上に設けられていること、を特徴とする空間表示装置である。

・第３の発明は、入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材（１０）と、前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する映像出力部（３３０，４３０）とを備え、前記映像出力部は、前記映像の出光角度を観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向に変更するとともに、出光位置を前記対応左右方向に変更する出光角度変更部（３３０ｂ，４３０ｂ）を備え、前記各出光位置に対応した前記映像を出光し、前記各出光位置から出光した前記各映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置にそれぞれ集光させること、を特徴とする空間表示装置（３０１，４０１）である。
・第４の発明は、第３の発明の空間表示装置において、前記反転部材から出射した映像を上下方向に拡散させる拡散板（２０）を備えること、を特徴とする空間表示装置（３０１，４０１）である。
・第５の発明は、第３の発明の空間表示装置において、前記出光角度変更部（４３０ｂ）は、前記対応左右方向に加えて、前記映像の出光角度を観察者の上下方向に対応した方向である対応上下方向に変更し、前記各出光位置を前記対応上下方向に変更すること、を特徴とする空間表示装置（４０１）である。
・第６の発明は、第３から第５までのいずれかの発明の空間表示装置において、観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向、及び観察者の上下方向に対応した方向である対応上下方向の少なくとも１つの方向に並べた複数の前記映像出力部（３３０ｂ，４３０ｂ）を備えること、を特徴とする空間表示装置（３０１，４０１）である。

・第７の発明は、入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材（１０，５１０）と、前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する映像出力部（３０，２３０，３３０，５３０）と、前記映像出力部から出光した前記映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置に集光させる空間表示装置であって、前記反転部材の前記出射面上に設けられ、前記反転部材から出射した前記映像を、観察者から見て上下方向に拡散させる拡散板（１０，５１０）を備えること、を特徴とする空間表示装置（１，２０１，３０１，５０１）である。

・第８の発明は、第１から第７までのいずれかの発明の空間表示装置において、前記反転部材（５１０）は、円周状に配置され、前記出射面側に円周状に複数の集光位置を有し、前記映像出力部（５３０）は、前記入射面側に前記各集光位置に対応した円周状の複数の出光位置を有し、前記各集光位置に対応した前記映像を、前記各出光位置から出光すること、を特徴とする空間表示装置（５０１）である。

本発明によれば、拡散板の取り扱いが簡単な空間表示装置を提供できる。
また、本発明によれば、観察位置を移動した場合に、画像が滑らかに切り替わる空間表示装置を提供できる。

第１実施形態の空間表示装置１を説明する三面図である。 第１実施形態の投影画像ｐ、再生画像ｒを説明する斜視図である。 第１実施形態の反転板１０の例を示す図である。 第１実施形態の観察態様を説明する図である。 比較例の空間表示装置１０１、第１実施形態の空間表示装置１を説明する斜視図である。 第２実施形態の空間表示装置２０１を説明する三面図である。 第２実施形態の空間表示装置２０１のプロジェクタ２３０の配列を説明する拡大図である。 第３実施形態の空間表示装置３０１を説明する三面図である。 第３実施形態の空間表示装置３０１のプロジェクタ３３０（Ｃ）の構成を説明する上面図である。 第４実施形態の空間表示装置４０１を手前側から見た図である。 第４実施形態のプロジェクタ４３０（Ｃ）の構成を説明する上面図、側面図である。 第４実施形態のプロジェクタ４３０（Ｃ）の投影画像ｐ、再生画像ｒを説明する図である。 第５実施形態の空間表示装置５０１を説明する斜視図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態では、本発明の空間表示装置１の基本構成について説明する。
図１は、第１実施形態の空間表示装置１を説明する三面図である。
図２は、第１実施形態の投影画像ｐ、再生画像ｒを説明する斜視図である。
図３は、第１実施形態の反転板１０の例を示す図である。
実施形態の座標系は、説明の便宜上、図１の状態を基準として、左右方向Ｘ、奥行方向Ｙ、上下方向Ｚと定義する。

図１、図２に示すように、空間表示装置１は、反転板１０（反転部材）の入射面１１に向けて出光した投影画像ｐ（ｐ（Ｃ，Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３））を、反転板１０の出射面１２側の集光位置に集光（収束）し、三次元的に観察する装置である。このように出射面１２側の空間Ｓ２の集光位置に集光させることを、空中結像ともいう。
図２に示すように、観察者は、この集光位置を観察位置Ｗ（Ｗ（Ｃ，Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３））として、再生画像ｒ（ｒ（Ｃ，Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３））を三次元的に観察することができる。なお、再生画像ｒは、二次元の画像（例えばパネルに写した画像）が浮かんで観察されるのではなく、奥行感のある三次元の画像として観察される。つまり、本実施形態の「三次元」とは、単に空中に浮かんだ画像をいうのみではなく、奥行方向Ｙの情報を含む画像を含む概念である。
入射面１１側の上下方向Ｚ（対応上下方向）は、出射面１２側の観察者には、上下方向Ｚと対応して観察される。また、入射面１１側の左右方向Ｘ（対応左右方向）は、出射面１２側の観察者の左右方向Ｘと対応して観察される。
実施形態では、図２に示す直方体を、出射面１２側で観察する例を説明する。

空間表示装置１は、反転板１０、拡散板２０、７個のプロジェクタ３０（３０（Ｃ，Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３））を備える。
図３に示すように、反転板１０は、下側の入射面１１に入射した像の光線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を、２回反射後出射させて、上側の出射面１２側の空間の集光位置に、反転させて集光する板材である。
図３（ａ）の反転板１０は、２枚の光学部材１０Ａ，１０Ｂを重ねた反射型面対称結像素子（特開２０１１−８１３０９号公報の図３参照）の例である。各光学部材１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ並行する反射面１０ａ，１０ｂを有しており、２枚の光学部材１０Ａ，１０Ｂは、反射面１０ａ，１０ｂが互いに直交するように重ねられる。
図３（ｂ）に示すように、反転板１０は、その他には、ＤＣＲＡ（国際公開ＷＯ２００７／１１６６３９号公報の図４参照）等を用いることができる。
なお、反転板１０は、同様な光学的機能を有すれば、これらの例に限定されず、いずれの光学部材を用いてもよい。

図１に示すように、拡散板２０は、反転板１０から出射する光線を、上下方向Ｚに拡散させる光学部材である。拡散板２０は、例えば、レンチキュラレンズが配列された光学シート等を用いることができる。
拡散板２０によって、再生画像ｒの視域は、上下方向Ｚに広がる（θ１参照）。これにより、観察位置Ｗが上下方向Ｚにずれても、観察者は、再生画像ｒを視認できる。
拡散板２０は、反転板１０上に載置されている。このため、拡散板２０の設置は、上下方向Ｚの位置合わせ等が不要であり、簡単である。

また、拡散板２０は、反転板１０の埃等から保護することができる。すなわち、ＤＣＲＡ等にように、微細な孔が多数設けられている場合には、埃等が孔に入り込むと、所望の光学性能を発揮できない。また、ＤＣＲＡ等を保護するために、透明板等を配置すれば、透明板等の反射、屈折等によって、ＤＣＲＡ等は、所望の光学性能を発揮できない。実施形態では、反転板１０としてＤＣＲＡ等を利用する場合でも、拡散板２０を反転板１０上に載置して、反転板１０を埃等から保護できる。

さらに、拡散板２０は、出射後の光線を拡散するので、出射前の光線を拡散するよりも、虚像の発生を低減でき、再生画像ｒをより自然に表示できる。この理由は、以下の通りである。
例えば、反転板１０の入射面１１側に物体を配置した場合、物体の像は、反転板１０の複数の位置から入射する。しかし、反転板１０に入射した物体の像等は、反転板１０の縁部近傍では、虚像として観察されてしまう現象が生じる場合がある。この現象は、例えば、光線が１回しか反射できなかったりする等、入射した光線の意図しない反射が原因と考えられる。
これに対して、拡散板２０は、入射前の光線ではなく、反転板１０から出射した後の光線を拡散する。これにより、空間表示装置１は、入射面１１に入射する光線を少なくできるので、入射する光線の意図しない反射の発生を低減でき、虚像の発生抑制を期待できる。

プロジェクタ３０は、出射面１２側で観察する像の画像（映像）を出光する液晶プロジェクタ等の投影装置である。７個のプロジェクタ３０は、入射面１１側に設けられ、左右方向Ｘに配置されている。プロジェクタ３０は、反転部材の入射面１１に向けて投影画像ｐを出光する。
なお、実施形態では、プロジェクタ３０の数は、簡略して７個であるが、実際には、プロジェクタ３０同士は、密着して配置されている。このため、プロジェクタ３０の設置間隔は、プロジェクタ３０のレンズ径等によって制約され、例えば、２５（ｍｍ）程度である。
各プロジェクタ３０の投影画像ｐは、プロジェクタ３０の出光位置を、反転板１０を対称面として面対称となるように反転した集光位置に集光する。このため、出射側には、７つの集光位置が、左右方向Ｘに配置される。観察者は、各集光位置を観察位置Ｗとして、再生画像ｒを観察できる。

プロジェクタ３０の投影画像ｐは、以下のようにして作成する。
図２（ａ）に示す再生画像ｒを、出射面１２側で再生するには、反転部材とは面対称の位置に、同様な光線を通るように、プロジェクタ３０から投影画像ｐを投影すればよい（図４参照）。
投影画像ｐは、例えば、図２（ａ）に示す再生画像ｒと同様な物体を実際に製作して、これを撮像してもよい。この場合には、撮像装置等（デジタルカメラ等）を用いて、物体を入射面１１側に配置した状態で、プロジェクタ３０の投影角度と同じ角度で、物体を撮像した撮像画像を用いればよい。本実施形態では、プロジェクタ３０（Ｃ，Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３）に対応した７か所の撮影位置から、７通りの撮影角度で撮影した撮像画像を用意すればよいことになる。
また、投影画像ｐは、画像ＣＧ等でもよい。ＣＧ画像の場合には、動画を利用すれば、三次元動画も表示できる。

図４は、第１実施形態の観察態様を説明する図である。
図４は、プロジェクタ３０（Ｃ）が投影した投影画像ｐ（Ｃ）の観察態様を説明する。
投影画像ｐ（Ｃ）、再生画像ｒ（Ｃ）には、相互の対応位置を明確にするために、点Ａ〜Ｈを図示した。
プロジェクタ３０（Ｃ）のうち、点Ａ〜Ｈの光線は、反転板１０の入射面１１、出射面１２のうち、図４に示す位置に到達する。
図４（ｂ）に示すように、点Ａ〜Ｈの光線は、反転板１０を面対称となるように、出射面１２から、観察位置Ｗ（Ｃ）である集光位置に向かう。このため、出射面１２側では、観察位置Ｗ（Ｃ）から点Ａ〜Ｈが観察される。プロジェクタ３０（Ｃ）の投影画像ｐ（Ｃ）は、点Ａ〜Ｈだけではなく、各面や各辺等においても、点Ａ〜Ｈと同様な作用によって観察位置Ｗ（Ｃ）から観察される。
これにより、観察位置Ｗ（Ｃ）からは、物体が三次元画像として観察される。なお、観察位置Ｗ（Ｃ）が上下方向Ｚにずれたとしても、拡散板２０の作用によって、再生画像ｒ（Ｃ）を観察できる。

同様に、他のプロジェクタ３０（Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３）が投影した投影画像ｐ（Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３）は、対応する観察位置Ｗ（Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３）から、三次元の再生画像ｒ（Ｌ１〜Ｌ３，Ｒ１〜Ｒ３）として観察される（図２参照）。
このとき、観察者の左右の眼は、視差があるので、それぞれ異なる再生画像ｒを観察することになる。例えば、左眼は、再生画像ｒ（Ｌ１）を観察し、右眼は、再生画像ｒ（Ｃ）を観察する。これにより、遠近感が生じるので、観察者は、より立体的に再生画像ｒを観察できる。

（比較例）
空間表示装置１を用いる利点を、比較例を挙げて説明する。
図５は、比較例の空間表示装置１０１、第１実施形態の空間表示装置１を説明する斜視図である。
図５（ａ）は、比較例の空間表示装置１０１である。
図５（ｂ）は、第１実施形態の空間表示装置１である。
なお、図５（ｂ）は、簡略して１つのプロジェクタ３０のみを図示するが、実際には、複数のプロジェクタ３０が配置されている。また、拡散板２０の図示は、省略した。
比較例の空間表示装置１０１は、物体である円柱１０２が、入射面１１側に配置されている。手前側円筒面１０２ｃには、文字「Ｂ」が示され、奥側円筒面１０２ｂには、文字「Ａ」が示されている。
この場合、出射面１２側では、再生画像１０２ｒが観察される。反転板１０は、画像を面対称で集光する機能を有するが、入射面１１に入射する円柱１０２の像は、奥側円筒面１０２ｂ、上面１０２ａのみである。このため、比較例の再生画像１０２ｒは、出射面１２側では、上面１０２ａを底面として、奥側円筒面１０２ｂを反転させて窪ませた不自然な状態で観察されるという問題がある。

この問題を解決するためには、例えば、以下の手法が挙げられる。
・予め、再生させたい画像の表面形状を反転させた不自然な物体を用意する。しかし、この場合には、形状が不自然であるので、製作が難しい。
・２つの反転板１０を設ける（特開２０１１−８１３０９号公報の図１２等参照）。しかし、この場合には、装置が大型になってしまう。

これに対して、本実施形態の空間表示装置１は、図５（ｂ）に示す投影画像ｐを、プロジェクタ３０から投影すれば、出射面１２側では、自然な再生画像ｒを観察できる。このため、空間表示装置１は、実物の円柱１０２を配置するよりも、容易かつ簡単な構成で実現できる。

以上説明したように、本実施形態の空間表示装置１は、拡散板２０を反転板１０の上面に載置するので、設置が簡単であり、反転板１０を保護でき、また虚像の発生抑制を期待できる。さらに、空間表示装置１は、自然な再生画像ｒを表示できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の各実施形態の説明及び図面において、前述した第２実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図６は、第２実施形態の空間表示装置２０１を説明する三面図である。
図７は、第２実施形態の空間表示装置２０１のプロジェクタ２３０の配列を説明する拡大図である。
なお、図６（ｃ）、図７は、プロジェクタ２３０の外形の図示を省略し、レンズ外形のみを図示した。また、レンズ外形は、斜めに見るので、実際には、楕円形状であるが、簡略して円形で示した。

図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、プロジェクタ２３０は、上下方向Ｚに５段配置され、また、左右方向Ｘに１３列配置され、合計６５個配置されている。
図７に示すように、左右方向Ｘにおいて、隣合うプロジェクタ２３０（Ｃ−１），２３０（Ｒ１−１）は、密接して配置されており、その設置間隔は、レンズ外形と同じ長さＬ１である。左右方向Ｘにおいては、全ての上段のプロジェクタ２３０（Ｌ６−１）〜２３０（Ｒ６−１）の設置間隔は、長さＬ１である。

プロジェクタ２３０（Ｃ−１），２３０（Ｃ−２）の上下方向Ｚの設置間隔も、レンズ外形と同じ長さＬ１である。また、プロジェクタ２３０（Ｃ−１），２３０（Ｃ−２）の左右方向Ｘの設置間隔の長さＬ２は、レンズ外形の長さＬ１の１／５であり、「Ｌ２＝Ｌ１／５」である。
つまり、プロジェクタ２３０（Ｃ−１），２３０（Ｃ−２）は、右側に長さＬ２ずらしながら、下側に長さＬ１ずらすように、斜めにずらして配置される。
プロジェクタ２３０（Ｃ−３）〜２３０（Ｃ−５）についても、同様に斜めにずらして配置される。これにより、プロジェクタ２３０（Ｃ−１）〜２３０（Ｃ−５）は、プロジェクタ２３０（Ｃ−１）を最上段として、プロジェクタ２３０（Ｃ−２）〜２３０（Ｃ−５）が斜めにずらして配置される。

図６（ｃ）に示すように、その他の最上段のプロジェクタ２３０（Ｌ６−１）〜（Ｌ１−１），（Ｒ１−１）〜（Ｒ６−１）からも、下側に４段のプロジェクタが、同様に斜めにずらして配置される。
これにより、６５個のプロジェクタ２３０が、アレイ状に配置される。

６５個のプロジェクタは、設置高さが異なっていても、投影画像ｐの上下方向Ｚの高さが同じであり、左右方向Ｘの投影角度が出光位置に対応したものになっている。
図７に示すように、例えば、プロジェクタ２３０（Ｃ−１）〜２３０（Ｃ−５）は、設置高さが異なっているが、プロジェクタ２３０（Ｃ−１）〜２３０（Ｃ−５）の投影画像ｐ（Ｃ−１）〜ｐ（Ｃ−５）は、全てプロジェクタ２３０（Ｃ−１）の設置高さに合わせて作成される。そして、プロジェクタ２３０（Ｃ−１）〜２３０（Ｃ−５）の投影画像ｐ（Ｃ−１）〜ｐ（Ｃ−５）は、左右方向Ｘの位置のみが長さＬ１ずつ変わっている。

これにより、本実施形態の再生画像ｒは、左右方向Ｘの投影角度が異なる６５通りの投影画像ｐを投影できる。なお、図６（ｃ）は、上段のプロジェクタ２３０が発する光線のみを矢印で示し、他のプロジェクタ２３０が発する光線は、図示を省略した。
ここで、例えば、レンズ径が長さＬ１＝２５（ｍｍ）とすれば、左右方向Ｘの設置間隔は、長さＬ２＝２５（ｍｍ）／５＝５（ｍｍ）になる。また、人間の瞳孔が、約５ｍｍである。このため、空間表示装置２０１は、観察位置Ｗ（Ｌ６−１）〜（Ｒ６−５）の全ての観察範囲で、連続して再生画像ｒを観察できる。
なお、拡散板２０の効果によって、観察者は、上下方向Ｚにおいて、同じ高さの６５か所の各観察位置Ｗ（Ｌ６−１）〜（Ｒ６−５）から、各再生画像ｒ（Ｌ６−１）〜ｒ（Ｒ６−５）を観察できる。

以上説明したように、本実施形態の空間表示装置２０１は、左右方向Ｘの投影角度をより細かくできるので、観察位置が左右方向Ｘに移動した場合に観察される再生画像ｒの切り替わりを、滑らかにすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態の空間表示装置３０１を説明する三面図である。
本実施形態の空間表示装置３０１の構成の配置は、第１実施形態と同様な配置である。本実施形態は、７個のプロジェクタ３３０（Ｌ３〜Ｌ１，Ｃ，Ｒ１〜Ｌ３）のそれぞれがガルバノミラー３３０ｂ（図９参照）を備えている点が、第１実施形態とは異なる。

図９は、第３実施形態の空間表示装置３０１のプロジェクタ３３０（Ｃ）の構成を説明する上面図である。
図９（ａ）は、ガルバノミラー３３０ｂが正位置にある状態の図である。
図９（ｂ）は、ガルバノミラー３３０ｂが正位置から回転した状態の図である。
なお、以下、主にプロジェクタ３３０（Ｃ）ついて説明するが、他のプロジェクタ３３０（Ｌ３〜Ｌ１，Ｒ１〜Ｌ３）についても、同様な構成である。
プロジェクタ３３０（Ｃ）は、投影機本体３３０ａと、ガルバノミラー３３０ｂ（出光角度変更部）を備える。
投影機本体３３０ａは、プロジェクタ３３０（Ｃ）の投影方向とは反対側に、投影画像ｐを投影する。投影画像ｐは、ハードディスク等を備えた記憶部（図示せず）に記憶されており、ＣＰＵ等を備え空間表示装置３０１を統括制御する制御部（図示せず）が、記憶部から読み出して投影機本体３３０ａから投影する。
ガルバノミラー３３０ｂは、プロジェクタ３３０（Ｃ）内部に、所定の回転角度の範囲で回転可能に支持されている。ガルバノミラー３３０ｂの回転軸の軸方向は、投影方向Ａ及び左右方向Ｘに直交する方向Ｂである（図８（ｂ）参照）。ガルバノミラー３３０ｂは、モータ等を備える駆動部（図示せず）により所定の回転角度の範囲で往復駆動され、また、制御部が駆動部を制御することにより、回転位置が制御される。

図９（ａ）に示すように、ガルバノミラー３３０ｂが正位置にある状態では、投影方向は、プロジェクタ３３０（Ｃ）の中心方向と同じ投影方向Ａ１であり、また、対応する出光位置Ｃ１は、プロジェクタ３３０（Ｃ）の中心と一致している。この場合には、プロジェクタ３３０（Ｃ）は、出光位置Ｃ１に対応した投影画像ｐ（例えば、出光位置Ｃ１から物体を撮影した撮像画像等）を投影する。
図９（ｂ）に示すように、ガルバノミラー３３０ｂが往復で回転駆動されると、投影方向が投影方向Ａ２に傾き、また、出光位置が出光位置Ｃ２に移動する。この場合には、プロジェクタ３３０（Ｃ）は、出光位置Ｃ２に対応した投影画像ｐ（例えば、出光位置Ｃ２から物体を撮影した撮像画像等）を投影する。

このように、ガルバノミラー３３０ｂは、投影画像ｐの出光角度を変更するとともに、出光位置を変更する。
プロジェクタ３３０（Ｃ）は、隣に配置されたプロジェクタ３３０（Ｌ１）と、プロジェクタ３３０（Ｒ１）との間において、一定間隔で、投影画像ｐの出光角度及び出光位置を変更する。これにより、プロジェクタ３３０（Ｃ）は、プロジェクタ３３０（Ｌ１）と、プロジェクタ３３０（Ｒ１）との間の投影画像ｐを補完する。

他のプロジェクタ３３０（Ｌ３〜Ｌ１，Ｒ１〜Ｌ３）についても、同様に、隣合うプロジェクタ間の投影画像ｐを、一定間隔で補完するようになっている。
これにより、本実施形態の空間表示装置３０１は、少ない数のプロジェクタ３３０でも、観察位置が左右方向Ｘに移動した場合に観察される再生画像ｒの切り替わりを、滑らかにすることができる。

なお、各プロジェクタ３３０が分担する観察位置の長さ（つまりプロジェクタ３３０間の間隔）が５０ｍｍである場合に、５ｍｍ間隔で再生画像ｒを切り替えようとすれば、各プロジェクタ３３０は、１０か所の出光位置を設けることになる。
この条件で、各観察位置のフレームレートを３０（ｆ／ｓ（＝ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ））にするときには、各投影機本体のフレームレート（つまり各プロジェクタ３３０のフレームレート）は、「３０（ｆ／ｓ）×１０＝３００（ｆ／ｓ）」となる。ガルバノミラー３３０ｂは、１往復で２回反射が可能であるので、ガルバノミラー３３０ｂの往復回数は、「３００（ｆ／ｓ）／２＝１５０（往復／ｓ）」となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１０は、第４実施形態の空間表示装置４０１を手前側から見た図である。
図１１は、第４実施形態のプロジェクタ４３０（Ｃ）の構成を説明する上面図、側面図である。
図１１（ａ）は、ガルバノミラー４３０ｂが正位置にある状態の図である。
図１１（ｂ）は、ガルバノミラー４３０ｂが正位置から回転した状態の図である。
図１２は、第４実施形態のプロジェクタ４３０（Ｃ）の投影画像ｐ、再生画像ｒを説明する図である。
図１０に示すように、空間表示装置４０１の構成は、第３実施形態と同様な構成であり、拡散板２０が設けられていない点、プロジェクタ４３０の構成が、第３実施形態とは異なる。
図１１に示すように、プロジェクタ４３０（Ｃ）のガルバノミラー４３０ｂは、方向Ｂの軸回りに加えて、左右方向Ｘの軸回りにも往復で回転駆動し、上下方向Ｚにおける投影位置Ｄ１が投影位置Ｄ２に変化している。
つまり、ガルバノミラー４３０ｂは、投影画像ｐの出光角度を上下方向Ｚ及び左右方向Ｘに変更し、かつ、投影位置を上下方向Ｚ及び左右方向Ｘに移動する。
なお、実施形態では、ガルバノミラーは、このように、ミラーが２軸回りに高速で回転駆動される構成を含む概念である。
図１２に示すように、プロジェクタ４３０（Ｃ）の投影位置は、プロジェクタ４３０（Ｃ）を中心とした矩形の投影範囲Ｅ（Ｃ）である。
プロジェクタ４３０（Ｃ）の投影画像ｐは、左右方向Ｘと同様に、上下方向Ｚにも対応している。
投影範囲Ｅ（Ｃ）の中央における投影画像ｐ（Ｃ）−１は、前述した実施形態と同様である。そして、投影画像ｐ（Ｃ）−２のように、投影範囲Ｅ（Ｃ）が下側Ｚ１に移動するに従って、直方体の下面側に傾いて、直方体の下面（再生画像ｒでは上面）を徐々に映すようになる。一方、投影画像ｐ（Ｃ）−３のように、投影範囲Ｅ（Ｃ）が上側Ｚ２に移動するに従って、直方体の正面側に傾いて、直方体の正面を徐々に映すようになる。

上記構成により、出射面１２側の空間Ｓ２には、投影範囲Ｅ（Ｃ）に対応した観察範囲Ｆ（Ｃ）が形成される。観察範囲Ｆ（Ｃ）では、観察位置を上側Ｚ２に移動すれば、再生画像ｒ（Ｃ）−２のように、直方体の上面側が徐々に見える。また、観察位置を下側Ｚ１に移動すれば、再生画像ｒ（Ｃ）−３のように、直方体の正面側が徐々に見える。

図１０に示すように、プロジェクタ４３０（Ｌ３〜Ｌ１，Ｒ１〜Ｌ３）についても、プロジェクタ４３０（Ｃ）と同様に、投影範囲Ｅ（Ｌ３〜Ｌ１，Ｒ１〜Ｌ３）を有し、投影範囲Ｅ（Ｌ３〜Ｌ１，Ｒ１〜Ｌ３）に対応した投影画像ｐを投影する。

これにより、空間表示装置４０１は、観察位置が左右方向Ｘに移動した場合に加えて、上下方向Ｚに移動した場合にも、再生画像ｒの三次元形状を表現できる。例えば、再生画像ｒが地球の画像である場合には、観察位置を上下方向Ｚに移動すると、北極や南極が徐々に見えるように、表示できる。

なお、本実施形態では、プロジェクタ４３０は、投影画像ｐの出光角度、出光位置を上下方向Ｚ及び左右方向Ｘに変更する例を示したが、上下方向Ｚのみに変更するようにしてもよい。この場合には、空間表示装置４０１は、観察位置が上下方向Ｚにのみ移動した場合に、再生画像ｒが変化するように表示できる。
また、プロジェクタ４３０は、左右方向Ｘに並べるのみではなく、上下方向Ｚにも並べてもよく、又は、上下方向Ｚのみに並べてもよい。この場合には、上下方向Ｚの観察位置の範囲を広げることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１３は、第５実施形態の空間表示装置５０１を説明する斜視図である。
図１３（ａ）は、拡散板５２０の斜視図である。
図１３（ｂ）は、反転板５１０の斜視図である。
図１３（ｃ）は、空間表示装置５０１全体の斜視図である。
図１３（ｄ）は、空間表示装置５０１の再生画像ｒの表示を説明する断面図である。
空間表示装置５０１は、再生画像ｒを全周から観察できるように、第１実施形態の構成を変更したものである。

図１３（ａ）に示すように、拡散板５２０は、円環状に形成されている。拡散板５２０は、レンチキュラレンズであり、その稜線方向は、円周方向である。
図１３（ｂ）に示すように、反転板５１０は、扇形の４つの反転板５１０−１〜５１０−４から構成される。各反転板５１０は、反射面５１０ａ，５１０ｂが直交するように配置される。４つの反転板５１０−１〜５１０−４は、同様な構成であり、これらが組み合わされ、全体として円環状の反転板５１０が形成される。反転板５１０は、例えば、特開２０１１−９０１１７号公報の図２の構成を利用する。このように、反転板５１０を組み合わせることにより、再生画像ｒの虚像の発生を抑制できる。
図１３（ｃ）に示すように、空間表示装置５０１は、図１３（ｂ）の反転板５１０上に、図１３（ａ）の拡散板５２０が載置されている。複数のプロジェクタ５３０は、空間Ｓ１の円環状の出光位置に配置されている。各プロジェクタ５３０は、その出光位置、出光角度に応じた投影画像ｐを出光する。
このように、空間表示装置５０１は、第１実施形態の空間表示装置における左右方向Ｘが、円周方向になるように構成されている。
図１３（ｄ）に示すように、各プロジェクタ５３０が出光した投影画像ｐは、各プロジェクタ５３０に対応する観察位置から、再生画像ｒとして観察される。これにより、観察者は、全周の観察位置から、径方向下側の方向に再生画像ｒを観察することができる。

詳細な説明は省略するが、本実施形態の構成は、第２〜第４実施形態に対しても適用できる。
第２実施形態に適用した場合には、複数のプロジェクタが円筒面上にアレイ状に配置される。
第３実施形態に適用した場合には、複数のプロジェクタが円周上に配置され、ガルバノミラーで出光方向、投影位置を左右方向Ｘ（円周方向）に変更する。
第４実施形態に適用した場合には、複数のプロジェクタが円周上に配置され、ガルバノミラーで出光方向、投影位置を左右方向Ｘ（円周方向）、上下方向Ｚに変更する。なお、この場合には、第４実施形態と同様に、拡散板を設ける必要はない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

１，２０１，３０１，４０１，５０１…空間表示装置
１０，５１０（５１０−１〜５１０−４）…反転板
２０，５２０…拡散板
３０，２３０，３３０，４３０，５３０…プロジェクタ
３３０ｂ，４３０ｂ…ガルバノミラー

Claims (8)

1. 入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材と、
   前記反転部材から出射した画像を拡散させる拡散板と、
   前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する複数の映像出力部とを備え、
   前記複数の映像出力部は、
   複数の出光位置にそれぞれ配置され、
   前記各映像出力部が、前記各出光位置に対応した前記映像を出光し、
   観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向にずらしながら、観察者の観察上下方向に対応した方向である対応上下方向にずらしてアレイ状に配置されており、
   前記各映像出力部から出光した前記各映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置にそれぞれ集光させること、
   を特徴とする空間表示装置。
2. 請求項１に記載の空間表示装置において、
   前記拡散板は、前記反転部材の前記出射面上に設けられていること、
   を特徴とする空間表示装置。
3. 入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材と、
   前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する映像出力部とを備え、
   前記映像出力部は、
   前記映像の出光角度を観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向に変更するとともに、出光位置を前記対応左右方向に変更する出光角度変更部を備え、
   前記各出光位置に対応した前記映像を出光し、
   前記各出光位置から出光した前記各映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置にそれぞれ集光させること、
   を特徴とする空間表示装置。
4. 請求項３に記載の空間表示装置において、
   前記反転部材から出射した映像を上下方向に拡散させる拡散板を備えること、
   を特徴とする空間表示装置。
5. 請求項３に記載の空間表示装置において、
   前記出光角度変更部は、
   前記対応左右方向に加えて、前記映像の出光角度を観察者の上下方向に対応した方向である対応上下方向に変更し、前記各出光位置を前記対応上下方向に変更すること、
   を特徴とする空間表示装置。
6. 請求項３から請求項５までのいずれかに記載の空間表示装置において、
   観察者の左右方向に対応した方向である対応左右方向、及び観察者の上下方向に対応した方向である対応上下方向の少なくとも１つの方向に並べた複数の前記映像出力部を備えること、
   を特徴とする空間表示装置。
7. 入射面に入射した像の光線を、出射面側の空間の集光位置に、反転させて集光する反転部材と、
   前記入射面側に配置され、前記出射面側で観察する像の映像を、前記反転部材の前記入射面に向けて出光する映像出力部と、
   前記映像出力部から出光した前記映像を、前記反転部材によって前記出射面側の空間の集光位置に集光させる空間表示装置であって、
   前記反転部材の前記出射面上に設けられ、前記反転部材から出射した前記映像を、観察者から見て上下方向に拡散させる拡散板を備えること、
   を特徴とする空間表示装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の空間表示装置において、
   前記反転部材は、円周状に配置され、前記出射面側に円周状に複数の集光位置を有し、
   前記映像出力部は、前記入射面側に前記各集光位置に対応した円周状の複数の出光位置を有し、前記各集光位置に対応した前記映像を、前記各出光位置から出光すること、
   を特徴とする空間表示装置。

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