JP2020514820A - デジタル画像または一連のデジタル画像、特に自動立体化画像または一連の自動立体化画像における非物質化された架空の投影のための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、デジタル画像（３１）の非物質化された架空投影のための装置に関する（３１）。この装置は、ハウジング（１０）、光学システム、および表示スクリーン（２３）を備える。ハウジング（１０）には、前記デジタル画像（３１）の非物質化された架空画像（３２）を見るための表示窓（１５）を形成する開口部が設けられる。光学システムは、少なくとも１つの凹面球面鏡（２４）を備え、前記ハウジング（１０）内に配置される。それにより、光学システムは、デジタル画像（３１）の非物質化された架空画像（３２）を形成するために、受入れた入射光の少なくとも一部を前記観察窓（１５）に向けることができる。表示スクリーン（２３）は、投影される前記デジタル画像（３１）を表示する。表示スクリーン（２３）は、球面鏡の焦点距離の2倍に等しい距離で球面鏡（２４）に対面するようにハウジング（１０）内に収容され、表示スクリーン（２３）は、この光軸（２０）に対して垂直に、ディスプレイスクリーン（２３）の高さの少なくとも半分に等しい距離だけ、球面鏡（２４）の光軸（２０）から分離されている。【選択図】図１

Description

本発明は、画像または一連の画像の架空仮想投影(aerial and virtual projection)のための装置に関する。本発明はまた、ビデオコンテンツを形成する自動立体化画像(autostereoscopic image)または一連の自動立体視画像の架空仮想投影のための装置に関する。

物体の架空仮想投影のための装置は、ケースに形成された窓の前に物体の画像を投影することを可能にする装置である。この装置は、空間に浮遊する3次元物体のような幻影を観察者に与える装置である。

このような装置は、実際の物体を投影することで知られている。この装置は通常、仮想画像用の観察窓を形成することを意図した開口部を有するケース（不透明でも不透明でなくてもよい）と、光学システム、一般的に、フレネルレンズまたはレンズまたはレンズセットまたは凹面鏡と、光学システムから離れた位置に配置された物体とを備える。 光学システムは、物体の画像を観察窓に導くように構成されている。

例えば米国特許第6817716号は、そのような装置について説明している。その装置は、下部区画、上部区画、凹面鏡、および半反射平面鏡を備えている。下部区画では、実際の物体が光源によって照らされる。上部区画は前面側に形成された観察窓を備えている。半反射平面鏡は、凹面鏡の光軸上で45度傾斜しており、観察窓は凹面鏡の光軸上に中心がある。前記半反射鏡は、観察窓と凹面鏡との間に実際の物体の右側に配置される。したがって、物体の画像は、凹面鏡の方向に45度傾斜した半反射鏡によって部分的に反射される。凹面鏡は画像を半反射鏡に戻し、半反射鏡は画像の一部を観察窓を介して通過させる。そこで、観察者は、観察窓の前に浮かんでいる実際の物体を見ているような印象を受ける。

以下は、この解決策に関する問題点の1つである。つまり、実際の物体がデジタル画像で置き換えられると、凹面鏡で反射された画像の一部も半反射鏡で原画像に向かって反射される。この戻された画像は、実際の物体の場合にはほとんど効果を奏さない。これは、実際の物体が3次元で上下逆さまであるため、反射された物体を、外観と詳細を変更せずに照らすからである。これは、実際の物体が3次元の物体であり、非常に明るく直接照明されているためである。これは、反射された画像があまり破壊的ではないことを意味する。つまり、実際の物体の場合、返された画像も（たとえば時計ダイヤルのような稀な例外はあるが）実際の物体の追加照明を構成し、返された画像はその装置の動作に干渉しない。一方、実際の物体が、フルスケールで知覚されるデジタル画像を表示する平面スクリーンに置き換えられると、返された画像は原画像と干渉する。これは、返された画像が正確に同じ位置に形成され、前記スクリーンの表面上で最大の鮮明さで形成されるため、投影画像が著しく劣化するためである。この現象に対抗するための1つの可能な解決策は、投影されるデジタル画像用のスクリーンを光学システムに近づけ、投影画像の拡大効果を得ることである。この拡大は、画像が観察者に向かってさらに投影され、返される画像の焦点がぼけて拡散し、原画像と干渉しなくなり、同一平面上ではなく、非常に後方に存在するために得られる。一方、凹面鏡をスクリーンに近づけると、使用される円錐遠近法に関連した非常に丸い外観になり、物体平面とフルスケール画像平面を組み合わせる条件から大きく逸脱するため、画質に悪影響を及ぼす。

本発明者らは、既知の装置を改善しようと努めてきた。本発明者らは、実際の物体の架空仮想投影技術をデジタル画像に、特に自動立体化画像に適合させることを試みてきた。

自動立体化画像は、重ね合わされた複数の基本画像から構成される。各画像は、物体またはシーンの異なる視点に対応している。自動立体化画像の観察には、自動立体化表示スクリーンの前に配置された円柱レンズアレイのような選択的光学装置の使用が含まれる。 この選択的光学装置は、観察者の目が、2つの異なる視点に対応する丁度2つの各基本画像を知覚することを可能にし、外側への飛び出しと奥行きの両方を3次元立体ボリュームの幻影に与える。

本発明は、既知の解決策の欠点の少なくともいくつかを克服するデジタル画像の架空仮想投影のための装置を提供することを目的とする。

本発明はまた、自動立体化画像または一連の自動立体化画像に適合したそのような装置を提供することを目的とする。

少なくとも１つの実施形態において、本発明は、デジタル画像、特に自動立体化画像の架空仮想投影用の装置を提供し、観察者の視覚的な快適さを向上させることも目的とする。

少なくとも１つの実施形態では、本発明は、デジタル画像、特に自動立体化画像の架空仮想投影用のコンパクトな装置を提供することも目的とする。

少なくとも１つの実施形態では、本発明は、観察者を仮想画像に触れ合わせるデジタル画像、特に自動立体化画像の架空仮想投影用の装置を提供することも目的とする。

少なくとも１つの実施形態では、本発明は、デジタル画像、特に自動立体化画像の架空仮想投影用の装置を提供することも目的とし、その装置はあらゆる種類の産業で、特に医学、自動車、航空、鉄道、広告、博物館、教育、訓練などの分野で使用できる。

少なくとも１つの実施形態では、本発明は、デジタル画像の架空仮想投影用の閉じた装置を提供することも目的とする。また、その閉じた装置では、装置の構成要素にアクセスすることなく画像を見ることができ、また、その閉じた装置により、メインの光出力軸に垂直な窓の存在によって引き起こされる多重反射なしに画像を見ることができる。

これを達成するために、本発明は、自動立体化デジタル画像の架空仮想投影用装置であって、ケース、光学システムおよび表示スクリーンを備え、
-前記ケースは前壁、後壁、および下壁で構成され、前壁と後壁は少なくとも上壁によって互いに接続され、前記前壁は前記自動立体化デジタル画像の架空仮想画像用の観察窓を形成する開口部を備え、
-前記光学システムは、少なくとも1つの凹面球面鏡を備え、凹球面鏡は光軸、焦点距離Ｆ、および前記光軸上に位置する曲率半径の中心Ｃを有し、前記光学システムは前記ケース内に配置され、受け入れた入射光の少なくとも一部を前記観察窓に導いて、自動立体化デジタル画像の架空仮想画像を形成することが可能であり、
-前記表示スクリーンはN個の視点を持つ自動立体化画像を表示し、表示スクリーンはシリンドリカルレンズアレイで覆われ、シリンドリカルレンズアレイは、投影されるべき前記自動立体化デジタル画像の視点を選択するための光学部品を形成し、表示スクリーンはケース内に収容されて前記焦点距離Ｆの２倍に実質的に等しい距離で球面鏡に対向し、表示スクリーンは、球面鏡の光軸からこの光軸に垂直に、表示スクリーンの高さの少なくとも半分の距離だけ離れ、前記高さは前記光軸に垂直な軸に沿って規定される、架空仮想投影用装置に関する。

本発明による装置は、ケース内に収容された表示スクリーン上に表示されるデジタル画像の、ケース内の観察窓を通しての仮想投影を可能にする。本発明によれば、表示スクリーンは、表示スクリーンの高さの半分に少なくとも等しい距離だけ球面鏡の光軸に対してずらされる。それにより、表示スクリーンは、球面鏡によって反射された画像が表示スクリーンに表示された原画像と相互作用するのを防ぐ。球面鏡によって反射されたこの画像は、球面鏡で反射された画像が仮想画像を形成する場合に、この反射された画像の反対側に観察窓を配置することにより、直接、観察者が見ることができるか、又は半反射鏡によって形成された光路上の最後の光学素子によって反射された画像の反対側に観察窓を配置することにより、半反射鏡のような1つ以上の鏡による1つ以上の追加の反射を介して、観察者が見ることができる。

表示スクリーンは、球面鏡の焦点距離Fの2倍にほぼ等しい距離で、凹面鏡の中心と同じ位置にケース内に収容されているため、観察窓に投影される画像はフルスケールで逆さになる。その画像はフルスケールで投影されるため、画像は拡大することなく原画像の画質を維持し、この画像は、光学投影システムによって導入された円錐遠近法の幾何学的歪みを最小にする。

投影される画像のタイプに応じて、スクリーンが有利に180度旋回でき、それにより、投影された画像は観察者にとって正しい方向になる。

さらに、表示スクリーンは、N個の視点を持つ自動立体化画像用の表示スクリーンであり、表示スクリーンには、画像の視点を選択するための光学構成要素を形成する円柱レンズアレイが重ねられている。

本発明のこの観点は、観察窓から飛び出す架空の浮遊三次元画像を投影することを可能にする。実際の物体の3次元画像を投影するのとは異なり、円錐遠近法の大幅な拡大による影響を受け、3次元画像は、過度の拡大なしに直視によって知覚されるものと同等のままである。実際、3次元効果は両眼視によるものであるが、自動立体化画像は平坦で同一平面上にある。

本発明の第１の変形によれば、前記凹面球面鏡はケースの後壁に配置され、前記スクリーンは前記ケースの前記前壁に形成された前記観察窓の所に配置され、前記スクリーンは前記凹面球面鏡の光軸（２０）に関して前記観察窓と対称に配置され、前記凹面球面鏡によって反射されるスクリーンの画像が、観察窓を介して画像の浮遊する架空仮想画像を直接形成する。画像は、仮想的で浮遊しているが、観察窓の中に存在する。

本発明の第2の変形によれば、前記凹面球面鏡は前記ケースの前記上壁に配置され、前記スクリーンは前記ケースの前記下壁に配置され、前記光学システムは傾斜した半反射鏡をさらに備え、半反射鏡は観察窓においてスクリーンと凹面球面鏡とをつなぐ光路上に配置され、スクリーンによって表示される画像は、半反射鏡による透過、凹面球面鏡での反射、および半反射鏡での反射の後に、観察者に対して仮想的に浮いているように現れる。

この変形によれば、半反射鏡または半透明鏡は、有利には、反射防止後面および部分反射前面を有し、レンズの両面に対する二重反射効果を回避する。従って、半反射鏡は背後からの透過には透明であるが、前面における放射の一部を反射する。したがって、表示スクリーンと球面鏡の間の光路上で半透明鏡を約45°の角度で傾けることにより、スクリーンの原画像からの光の一部が偏向されることなく半透明平面鏡を通過する（一部は内部に反射され、背面で失われる）。その後、球面鏡の表面に衝突し、反射されて半透明鏡の反射面で跳ね返る。従って、光の一部は観察窓に向けられ、観察窓の前に原画像の架空仮想画像を形成する。この画像は、スクリーンがケース内で上下逆さまに配置されている場合に正しい方法である。光の残りの部分は、半反射鏡が存在しないかのように半反射鏡を直線的に通過し、スクリーンと対称的であるが上下が逆の画像を形成する。スクリーンは球面鏡の光軸に垂直な方向にずれているため、この対称画像は表示スクリーンと相互作用せず、画像の品質が保持される。

球面鏡、観察窓、スクリーンがそれぞれ上壁、前壁、下壁に配置され、光路に半反射鏡が存在する第2の変形による装置のこのアーキテクチャにより、外部から表示窓を介して入射する光が凹面鏡で反射した後に、装置によって形成される架空像を乱すのを防ぐことができる。実際、観察窓と凹面鏡の間の光路上で45°に傾斜した半反射鏡の存在により、外部からの放射光の一部のみが凹面鏡に到達することが保証される。この凹面鏡もこの放射光を反射し、その一部のみが観察窓に伝達される。言い換えれば、凹面鏡によって反射された環境の画像は、後者がこの第2の変形のアーキテクチャによって配置される場合、観察窓で非常に暗く見えるため、装置によって形成される架空仮想画像を乱すことはない。

本発明の或る変形によれば、ケースの後壁は、透明であるか、外部への開口部を有する。したがって、観察者は、その透明性によって、背景の中にあるか、或いは、平面または自動立体化スクリーンに仮想的に表示される実際の要素を、観察窓から飛び出す画像と組み合わせて見ることができる。

本発明によれば、有利には、前記球面鏡は、所定の角度だけ前記曲率半径の前記中心Ｃの周りに旋回される。前記表示スクリーンは、球面鏡に対して傾けられ、それにより、スクリーンの中心の法線は、前記球面鏡の接蝕平面に垂直である。これは、球面鏡の光軸に対して前記表示スクリーンをずらすことにより導入される投影画像の台形効果を補償する。

本発明のこの観点によれば、球面鏡の光軸に対してスクリーンをずらすことにより導入される台形効果は、スクリーンを傾けることにより補償され、それが反対側に配置された球面鏡の対称的な湾曲と可能な限り一致することを保証する。

実際には、表示スクリーンは、表示画像の下部に対応し、かつ、ケースの後壁に向かって位置する先端と、表示画像の上部に対応し、かつ、ケースの前壁に向かって位置する基端とを有する。スクリーンは傾けられ、それにより、表示スクリーンの前記先端は、前記基端に対して持ち上げられ、球面鏡の光軸に対して前記表示スクリーンをずらすことにより導入される投影画像の台形効果を補償する。

さらに、球面鏡は、曲率半径の中心Cを中心に所定の角度だけ旋回されている。言い換えれば、球面鏡は、その湾曲面に従ってケースの前壁に向かって前方に移動し、球面鏡は、画像を観察瞳孔および観察窓に対して再センタリングできるようにする。観察窓は、装置の前面側に形成された開口部で構成され、観察瞳孔は、あたかも窓の反対側の装置の底部に垂直に配置されているかのように知覚される、45°の半透明鏡における凹面鏡からの反射で構成される。瞳孔は背後にあり、架空画像は正面にあるが、観察者の目に浮遊画像の背後にある瞳孔が見えなくなるとすぐに画像は消滅する。したがって、鏡の反射は観察瞳孔として機能する。焦点距離に関して鏡が大きいほど、主軸から見やすくなる。浮遊画像が消えることなく、中心軸からの距離を伸ばすことが可能になる。困難な点は、非常に開いた鏡を作成すること、つまり、可能な限り大きい直径と、可能な限り短い焦点距離を有する鏡を作成することである。。

本発明によれば、有利には、装置は、前記表示スクリーンによって表示される平面画像の歪み用の事前補償装置を備え、それにより、投影画像が、前記球面鏡による反射後、自動立体化画像の元の形状と一致する形状を回復する。

歪みは、画像平面の球面湾曲である（表示された画像の3次元的観点により、それが僅かに修正されるので、球面湾曲はほとんど問題を引き起こすことはない。これを補正するために、画像平面の逆湾曲がシミュレートされる）。 x-軸とy-軸におけるその他の歪みに対し、凹面鏡の軸からの距離が大きくなるにつれて直線がバルーン形状に変形する（画像の下部は比較的変形するが、画像の上部は変形しない）ことに対する解決策は、画像処理に由来する。

本発明のこの観点によれば、有利には、前記投影画像は、ｘ-軸、ｙ-軸、およびｚ-軸上の所定の基準フレーム内に広がり、前記補償装置は、自動立体化画像を表示するための前記スクリーンの前記円筒形レンズアレイによって、ｚ-軸方向に形成される。その場合、前記アレイのピッチは、最適なピッチに比べて減少している。これにより、球面鏡がない場合に、所定の公称距離で自動立体化画像を見ることができる。

平坦な画像を表示するスクリーンの代わりに、自動立体化画像を表示するスクリーンを使用することは、凹面球面鏡の存在により、さらなる困難を生じる。凹面球面鏡はレンズアレイとスクリーンピッチとの間のピッチ比を変更し、そのアセンブリに円錐遠近法則を適用する。実際、レンズアレイのピッチは、焦点距離（マイクロレンズの光学中心からスクリーン表面までの距離）と前記スクリーンピッチとを考慮して、前記アレイのピッチを決定することにより選択された理想的な観察距離に対して決定される。所望の距離に配置された眼の理想的な理論上の位置に基づいて光線が送出されるが、その光線は、スクリーンモジュロのポイントNに照準を合わせるために、マイクロレンズの各光学中心を通過する必要がある（Nは視点の選択された数である）。光学投影システムの存在によって生じる円錐遠近法の効果により、スクリーンピッチに対してレンズアレイの横方向のピッチをわずかに拡大することで、レンズアレイの横方向のピッチが変更される。所望の位置合わせができなくなった場合には、アセンブリは、所望の結果と相容れない多数のモアレ効果を生成する。自動立体化装置のレンズアレイの横方向のピッチの歪みを修正するための第１の解決策は、平行光線を凹面鏡の後方の無限遠に戻すために、スクリーンでマイクロレンズを通して見たスクリーンから来る光線を、鏡と同じ焦点距離を有して屈折させる光学装置により偏向させることである（この場合、レンズはスクリーン表面全体を覆うために十分大きくなければならず、焦点距離は鏡の効果を補償するために十分短くなければならない）。実際には、標準のレンズではコンパクトなケースに収めるには厚すぎるため、これを実現するのは困難である。一方、フレネルレンズの組み合わせであれば非常に薄いため、これを実現できる。従って、フレネルレンズの同心線は、自動立体化スクリーンのレンズアレイのレンズ線によってモアレ効果を生み出し、滑らかな反射面は、この完全な光学装置において多数の反射を引き起こす。従って、フィールドの曲率と、アレイピッチとスクリーンピッチの間の微分倍率の変化とを考慮すると、事前補償装置を形成するこの解決策は、たとえ円錐曲線の影響を補償することを可能にしても、実際に実行することは困難である。

別の有利な解決策は、自動立体化スクリーンに適用されるレンズアレイの新しいピッチを算出することである。レンズアレイの焦点距離は非常に短いが（スクリーンまでの距離は平均で1 mmである）、円錐遠近法に使用されるため、レンズアレイとスクリーンの微分倍率は最早一致しない。通常、これらのスクリーンの使用距離を調整するには、10分の1ミクロン（またはそれ以下）の精度が必要である。これらの光学部品を製造するために実行される計算では、スクリーンのサブピクセルのサイズ、マイクロレンズの焦点距離（光学的中心からスクリーン表面までの距離）、理想的な理論的な観察距離、視点の数と用途に対して選択された基本的な立体化条件が考慮される。

言い換えれば、本発明のこの観点によれば、事前補償装置は、自動立体化画像を表示するための前記スクリーンの前記円柱レンズアレイによって形成され、そのピッチは最適なピッチに対して低減され、球面鏡がない場合に所定の公称距離で前記自動立体化画像を見ることができる。

有利には、本発明のこの観点によれば、ｘ-、ｙ-およびｚ-軸上の所定の基準フレーム内に広がる投影画像により、自動立体化表示スクリーンに表示されるデジタル画像も投影画像のx-およびy-軸における幾何学的歪みを補償するために事前に歪まされる。投影画像のｘ-軸およびｙ-軸の幾何学的歪みは、前記球面鏡の光軸に対する前記表示スクリーンのずれと、円錐遠近法則に従う光学システムを形成する凹面球面鏡の存在とに関連する。

レンズアレイの円錐形の事前補償と組み合わされたこの画像のデジタル事前歪みにより、元の3D寸法を取り戻す投影画像を取得することができる。

本発明によれば、有利には、装置は、少なくとも１つのセンサ―と処理ユニットとをさらに備える。センサーは観察者の動きを検出して認識する。センサーは、前記観察窓の近くで前記ケースの前記前壁または上壁に取り付けられている。処理ユニットは、前記センサーおよび/または上記表示スクリーンに接続され、それにより、観察者の動きが、表示スクリーンを制御して投影画像を修正し、観察者に上記投影画像を操作する幻影を与えること、及び/又は、処理ユニットに接続された補助機器を制御することができ、それによって、前記架空仮想画像が、この補助機器の制御インターフェースを形成する。

本発明のこの観点によれば、装置は、スクリーンに対して較正された動作検出センサーを備え、それにより、このセンサーの前の観察者の動きが、仮想画像と相互作用する感覚を与える。

例えば、自動立体化画像を投影する場合、動作検出器は、例えば画像の異なる視点を連続して表示することにより、観察者が投影画像を、あたかも実際の物体のように回転させるように構成できる。

いくつかの実施形態によれば、動作検出認識センサーは、観察者が処理ユニットに接続された補助機器を制御することも可能にする。 従って、投影された架空仮想画像は、この補助装置用の制御インターフェースを形成する。

本発明のこの観点は、多くの技術分野において様々な用途を有する。その技術分野には 医学、自動車、航空、博物館などが含まれる。

実際、本発明のこの観点による装置を用いて、飛行機のコックピット、車の内部などに見られるすべての仮想インターフェースを作成することが可能であり、したがって、本発明による装置により投影される仮想三次元画像と相互作用することによって、全てのデジタル制御機器を操作することが可能である。

博物館では、訪問者が希少価値のある物体を安全に扱うことができ、大量の情報に対して、楽しく、対話方式で、効率的にアクセスできるようになる。

高級品の分野では、貴重な、珍しい、またはユニークな物体の非常に高解像度の画像を表示することが可能になり、顧客や好奇心の強い人が危険を冒すことなくすべての品質を吟味し、物体が実際に存在するという幻影を最適化することができる。

本発明による装置によって生み出される飛び出し効果は、自動立体化画像に関連し、表示窓の外側に表示窓から数センチメートル離れて物体を提示することも可能にし、したがって、その物体を手に取ったり、その物体に触れたりすることができる感じを与える。

本発明によれば、有利には、前記表示スクリーンは、ビデオコンテンツを形成する一連のデジタル画像を表示できるように構成される。

本発明によれば、有利には、少なくとも１つのデジタル画像は、医学、自動車、航空、鉄道、広告などにおける用途を目的とした画像である。

本発明によれば、有利には、その装置は、前記観察窓を横切って広がる反射防止ガラス板をさらに備える。代替的にまたは組み合わせて、この反射防止ガラス板は、例えば宝石店で本発明による装置を使用する状況において、保護用の盗難防止窓を形成するように構成される。

本発明は、上記または下記の特徴の全て又はいくつかによる組み合わせで特徴付けられる、デジタル画像、特に自動立体化画像の架空仮想投影用の装置にも関する。

本発明のさらなる目的、特徴および利点は、以下の説明を読めば明らかになるであろう。以下の説明は、非限定的な例によってのみ提供され、添付の図を参照している。
図１は、本発明の第１の実施形態による装置の概略断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態による装置の概略断面図である。

（本発明の実施形態の詳細な説明）
説明の目的と明確化のために、図では縮尺と比率は厳密に守られていない。

さらに、すべての図で同一の要素は同じ参照符号を使用して示されている。

図に関連して説明される実施形態は、自動立体化画像の表示に関する。そして、それらは非自動立体化デジタル画像を表示するためにも使用できることが理解される。

図１に示されるように、装置は、ケース１０、例えば不透明なケースを備える。ケース１０は、前壁１１および後壁１２を備えている。前壁１１および後壁１２は、上壁１３、下壁１４、および側壁によって互いに接続されている。側壁は、図1の断面図では示されていない。

以下の説明では、下壁１４が水平面内に延在する場合の装置をそのまま説明する。また、図１では、後壁１２は垂直に、すなわち重力の方向に延びている。

前壁１１は開口部を備え、開口部は観察窓１５を形成する。この観察窓１５は、好ましくは、傾斜した反射防止ガラス板から形成される。反射防止ガラス板は、水平に対して約80°傾斜している。

図に示されていない一実施形態によれば、ケース１０の後壁１２は透明であるか、または後壁１２は外側に開口部を有することができる。従って、観察者は、その透明性によって、背景の中の実際の要素を見たり、平坦なスクリーンまたは自動立体化スクリーンに仮想的に表示される実際の要素を、観察窓15から飛び出す画像と組み合わせて見ることができる。

本発明による装置は、投影されるべき自動立体化画像を表示するスクリーン２３も備える。このスクリーン２３は、Ｎ個の視点を備えた自動立体化画像のための表示スクリーンであり、このスクリーン２３は、円柱レンズアレイで覆われており、円柱レンズアレイは、画像の視点を選択するための光学部品を形成する。例えば、このスクリーン２３は、出願人の名前で仏国特許第FR2995713号に記載されているALIOSCOPY（登録商標）スクリーンである。このスクリーン２３は、接着、ねじ込み、機械的ロックなど、あらゆる種類の手段によってケース１０に取り付けることができる。

その装置は光学システムも備えている。光学システムは凹面球面鏡２４を備え、凹面球面鏡２４は、光軸２０と、焦点距離Ｆと、前記光軸２０上に位置する曲率半径の中心Ｃとを有する。その装置はまた傾斜半反射鏡２２を備え、傾斜半反射鏡２２は、観察窓１５においてスクリーン２３と球面鏡２４とを結ぶ光路上に配置され、それによりスクリーン２３によって表示される画像３１は、半反射鏡22による透過、球面鏡24での反射、半反射鏡22での反射の後、観察者にとって観察窓１５を介して仮想的に浮遊しているように見える。球面鏡24は、接着剤や機械的ロックなど、あらゆる手段によってケース１０内に搭載できる。

本発明によれば、スクリーン２３は、球面鏡２４の焦点距離Ｆの２倍に実質的に等しい距離で、すなわち、焦点距離Ｆの約２倍の距離で、球面鏡２４に対向して配置される。

さらに、スクリーン２３は、スクリーン２３の高さＨの半分（Ｈ / ２）に少なくとも等しい距離だけ、この光軸２０に対して垂直に、光軸２０からずらされている。高さＨは、前記光軸20に垂直な軸に沿って規定される。

本発明の一実施形態によれば、スクリーン２３は、１４ｃｍの高さを有するスクリーンである。従って、スクリーン２３は、球面鏡２４の光軸20に垂直に7cmずれている。

さらに、球面鏡２４は、曲率半径の中心Ｃを中心に所定の角度だけ旋回し、表示スクリーン２３は球面鏡２４に対して傾斜している。これにより、スクリーン２３の中心の法線は球面鏡２４の接触平面に直交し、球面鏡２４の光軸２０に対して表示スクリーン２３をずらすことによって生じる投影画像の台形効果を補償する。

球面鏡２４のこの旋回により、例えば、球面鏡２４が、鏡の湾曲面に沿ってケース１０の前壁１１に向かって前方に移動することになる。たとえば、焦点距離が30 cmの鏡であれば、7 cm前方に移動する。

図１の実施形態によれば、半反射鏡２２の角度は４５度と若干異なり、架空仮想像が確実に垂直になるようにする。当業者であれば、調整試験を容易に実施し、使用される光学装置に応じて所望の効果を得ることができる。

図１の実施形態によれば、装置は事前補償装置を備える。これは、表示スクリーン２３によって表示される平面画像の歪みを補正し、それにより、投影画像は、球面鏡24による反射後に、自動立体化画像の元の形状と一致する形状を取り戻す。

投影画像のx-、y-およびz-軸の基準フレームを考慮すると、事前補正装置は、例えば、x-とy-軸の歪みを補正する画像処理モジュールを備えている。

ｚ-軸の事前補償装置は、表示スクリーン２３の円柱レンズアレイによって形成される。円柱レンズアレイでは、そのアレイのピッチが最適ピッチに対して低減されており、球面鏡がない場合に所定の公称距離で、自動立体化画像を見ることができる。

換言すれば、スクリーン２３の円柱レンズアレイは、最適ピッチに対して低減されたピッチを有しており、球面鏡がない場合に所定の公称距離で自動立体化画像を見ることができる。例えば、80 cmで使用されるスクリーンと、30 cmの焦点距離の球面鏡とを考えると、理想的を言えば、レンズアレイは、20 cmで観察するために必要とされるレンズアレイと一致する必要がある。

図１では、スクリーン２３によって表示される原画像は、参照番号３１によって概略的に表されている。ケース１０の外部に投影される仮想画像は、参照番号３２によって概略的に表されている。原画像３１の戻り画像は、参照番号３３によって概略的に表されている。

破線は、原画像３１から架空仮想画像３２の平面までの光線の光路を表す。点線は、戻り画像３３を形成する光線の光路を表す。従って、原画像３１の一端から発せられる光線４１を考えると、最初に、半反射鏡２２の非反射性背面によって半反射鏡２２を通過する。その光線は球面鏡２４で反射される。この光線の一部は半反射鏡２２で反射され、光線４１ａを観察窓１５に向けて形成し、架空仮想像３２を形成する。非反射光線の一部は半反射鏡２２を通過して光線４１ｂを形成し、光線４１ｂは戻り画像３３を形成する。

原画像３１の他端から放射された図1に示す光線は、球面鏡２４の曲率半径の中心Cから得られ、戻り画像３３を形成する放射の一部が、原画像３１から放出される光線の方向と一致する。

図中の実施形態による装置はまた、センサー４０を備え、センサー４０は、観察者の動きの検出および認識を行う。センサー４０は、観察窓１５の下で前記ケース１０の前壁１１に取り付けられている。

このセンサー４０は、例えば、Leap Motion（登録商標）センサーであり、手の動きやセンサー４０の前の動いている物体を検出するように構成される。このセンサー４０は、処理ユニットおよび表示スクリーン２３に接続され、画像と相互作用する。センサーによって検出され、処理ユニットによって解釈される画像とのこの相互作用は、例えば、自動車、航空機のコックピット、医療手術室におけるあらゆる種類の機器を制御するために使用可能であり、この相互作用は、あらゆるタイプの手段によって処理装置に接続できまる。従って、観察者が仮想的に触れる架空仮想画像の領域に応じて、以前に行った設定に従って機器を作動、制御、または反応させることができる。センサーはスクリーン２３にも接続され、それにより、仮想画像との相互作用は、例えば、画像表示を修正し、それをすべての所望の方向に回転させることから成り得る。

図２は、本発明による別の実施形態を表す。この実施形態によれば、光学システムは、凹面球面鏡２４と表示スクリーン２３のみを備える。球面鏡２４は、ケース１０の後壁１２に配置される。スクリーン２３は、ケース１０の前壁１１に配置されており、球面鏡２４の光軸２０に対して観察窓１５と対称になっている。

従って、この実施形態によれば、観察者は、観察窓１５を介して原画像３１の戻り画像３２を直接見る。この戻り画像３２は、図１の実施形態と異なり、光の一部をそらす半反射鏡がないので、球面鏡２４によって反射される光の１００％に対応する。さらに、単一の平面鏡で見ると、表示画像に左右対称が適用される。

図１の実施形態と同様に、スクリーン２３は球面鏡２４に対して傾斜している。それにより、スクリーン２３の中心の法線は球面鏡２４の接触平面に垂直であり、球面鏡２４の光軸２０に対して表示スクリーン２３をずらすことによって生じる投影画像の台形効果を補償する。

本発明による装置は、記載された実施形態および図に図示された実施形態のみに限定されない。特に、他の実施形態によれば、光学システムは、互いに関して配置された他の光学要素を含むことができ、それにより、架空仮想画像は、ケースの他の場所に配置された観察窓にもたらされ得る。

本発明による装置は、その主目的がデジタル画像、特に自動立体化画像に適合されることであっても、実際の物体とともに使用することもできる。

Claims (11)

1. 自動立体化デジタル画像（３１）の架空仮想投影用装置であって、ケース（１０）、光学システムおよびスクリーン（２３）を備え、
   -前記ケース（１０）は前壁（１１）、後壁（１２）、および下壁（１４）で構成され、前壁（１１）と後壁（１２）は少なくとも上壁（１３）によって互いに接続され、前記前壁（１１）は前記自動立体化デジタル画像（３１）の架空仮想画像（３２）用の観察窓（１５）を形成する開口部を備え、
   -前記光学システムは、少なくとも1つの凹面球面鏡（２４）を備え、凹球面鏡（２４）は光軸（２０）、焦点距離Ｆ、および前記光軸上に位置する曲率半径の中心Ｃを有し、前記光学システムは前記ケース（１０）内に配置され、受け入れた入射光の少なくとも一部を前記観察窓（１５）に導いて、自動立体化デジタル画像（３１）の架空仮想画像（３２）を形成することが可能であり、
   -前記スクリーン（２３）はN個の視点を持つ自動立体化画像を表示し、スクリーン（２３）はシリンドリカルレンズアレイで覆われ、シリンドリカルレンズアレイは、投影されるべき前記自動立体化デジタル画像（３１）の視点を選択するための光学部品を形成し、スクリーン（２３）はケース（１０）内に収容されて前記焦点距離Ｆの２倍に実質的に等しい距離で球面鏡（２４）に対向し、スクリーン（２３）は、球面鏡（２４）の光軸（２０）からこの光軸（２０）に垂直に、スクリーン（２３）の高さ（Ｈ）の少なくとも半分の距離だけ離れ、前記高さ（Ｈ）は前記光軸（２０）に垂直な軸に沿って規定される、
   架空仮想投影用装置。
2. 前記球面鏡（２４）は、所定の角度だけ、曲率半径の前記中心Ｃの周りに旋回し、前記スクリーン（２３）は、球面鏡（２４）に対して傾斜し、それによってスクリーンの中心の法線は前記球面鏡（２４）の接蝕平面に垂直になり、球面鏡（２４）の光軸（２０）に対して前記スクリーン（２３）をずらすことにより、投影される画像の台形効果を補償することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つのセンサー（４０）と処理ユニットとを備え、前記センサー（40）は、前記観察窓（１５）の近傍において前記ケース（１０）の前記前壁（１１）または上壁（１３）に取り付けられて観察者の動きを検出して認識し、前記処理ユニットは、前記センサー（４０）および／または前記スクリーン（２３）に接続され、それによって、観察者の動きが、スクリーン（２３）を制御し、投影画像を修正して観察者に前記投影画像を操作する幻影を与えること、及び／又は処理ユニットに接続された補助機器を制御することができ、それにより、前記架空および仮想画像（３２）が、この補助機器用の制御インターフェースを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記凹面球面鏡（２４）はケース（１０）の後壁（１２）に配置され、前記スクリーン（２３）は前記ケース（１０）の前記前壁（１１）に形成された前記観察窓（１５）の所に配置され、前記スクリーン（２３）は前記凹面球面鏡（２４）の光軸（２０）に関して前記観察窓（１５）と対称に配置され、前記凹面球面鏡（２４）によって反射されるスクリーンの画像が、観察窓（１５）を介して画像の浮遊する架空仮想画像（３２）を直接形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 前記凹面球面鏡（２４）は前記ケース（１０）の前記上壁（１３）に配置され、前記スクリーン（２３）は前記ケース（１０）の前記下壁（１４）に配置され、前記光学システムは傾斜した半反射鏡（２２）をさらに備え、半反射鏡（２２）は観察窓（１５）においてスクリーン（２３）と凹面球面鏡（２４）とをつなぐ光路上に配置され、スクリーン（２３）によって表示される画像は、半反射鏡（２２）による透過、凹面球面鏡（２４）での反射、および半反射鏡（２２）での反射の後に、観察窓（１５）を介して観察者に対して仮想的に浮いているように現れることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
6. 前記前壁（１１）の前記開口部は、ケース（１０）から投影される画像の光出力路の軸に対して８０度の角度を形成する平面内に開いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記観察窓（１５）を横切って広がる反射防止ガラス板をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. 前記スクリーン（２３）によって表示される画像の歪み用の事前補償装置をさらに備え、それにより、投影画像は、収束光学装置を形成する前記凹面球面鏡による反射の後に、自動立体化画像の元の形状と一致する形状に回復することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
9. 前記投影画像がｘ-、ｙ-、およびｚ-軸上の所定の基準フレーム内に広がるとき、前記事前補償装置は、ｚ軸方向において、自動立体化画像表示用の前記スクリーン（２３）の前記シリンドリカルレンズアレイによって形成され、スクリーン（２３）において、前記シリンドリカルレンズアレイのピッチが最適なピッチに対して低減され、前記球面鏡がない場合に所定の公称距離で前記自動立体化画像を見ることができることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記投影画像がｘ-、ｙ-、およびｚ-軸上の所定の基準フレーム内に広がるとき、前記スクリーン（２３）上に表示される前記自動立体化デジタル画像は、デジタル的に予歪され、前記球面鏡（２３）の光軸に対して前記スクリーンをずらすこと、および円錐遠近法則に従う収束光学システムを形成する凹面球面鏡の存在とに関連づけられる、x-およびy-軸に沿った投影画像の幾何学的歪みを補償することを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
11. 前記スクリーンは、ビデオコンテンツを形成する一連のデジタル画像を表示できるように構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の装置。

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