JP2021179512A

JP2021179512A - 立体映像投影装置とその表示方法

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Publication number: JP2021179512A
Application number: JP2020084448A
Authority: JP
Inventors: 誉宗巻口; Takamune Makiguchi; 英明高田; Hideaki Takada; 芳人鈴木; Yoshito Suzuki; 徹川上; Toru Kawakami; むつみ篠井; Mutsumi Shinoi
Original assignee: Tohoku University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: JP7383261B2

Abstract

【課題】迷光を削減し、立体画像の画質を向上させた立体映像投影装置を提供する。【解決手段】拡散層１０ｄ、反射層１０ｃ、フレネルレンズ層１０ｂを備えた反射型スクリーン１０と、反射型スクリーン１０を取り囲み上方から該反射型スクリーン１０に投影光を照射する複数の投影装置２０と、を備え、反射層１０ｃは、フレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の斜面に形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、立体映像投影装置とその表示方法に関する。

３Ｄメガネ等を使用せずに360度立体映像を体験可能な映像表示装置及び方法が提案されている（例えば非特許文献１）。

非特許文献１に開示された技術は、反射層とフレネルレンズ層と拡散層を組み合わせた反射型スクリーンに、円周状に配置された複数の投影装置から画像を投影し、その反射光が集光する位置に360度立体画像を提示するものである。観察者は、正対する方向に配置された投影装置から照射された投影光の反射光によって360度立体画像を知覚する。

Yusuke Takeuchi, Masanori Sugimoto,"An Immersive Surface for 3D Interactions",In Proceedings of ACM ITS 2012, pp.359-362.

従来の反射型スクリーンの反射層は、フレネルレンズ層の全面にわたって形成される。したがって、観察者の背面の投影装置から投影された光の一部が、観察者の側に反射される迷光となる。この迷光は、立体画像の画質を劣化させてしまうという課題がある。

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、迷光を削減し、立体画像の画質を向上させた立体映像投影装置とその表示方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る立体映像投影装置は、拡散層、反射層、フレネルレンズ層を備えた反射型スクリーンと、前記反射型スクリーンを取り囲み上方から該反射型スクリーンに投影光を照射する複数の投影装置と、を備え、前記反射層は、前記フレネルレンズ層の鋸波形状の斜面に形成されることを要旨とする。

また、本発明の一態様に係る表示方法は、上記の立体映像投影装置が行う表示方法であって、拡散層、反射層、フレネルレンズ層を備えた反射型スクリーンと、前記反射型スクリーンを取り囲み上方から該反射型スクリーンに投影光を照射する複数の投影装置と、を備え、前記反射層は、前記フレネルレンズ層の鋸波形状の斜面に形成され、隣り合う前記投影装置は、それぞれが投影する映像の一部を重ねて投影することを要旨とする。

本発明によれば、迷光を削減し、立体画像の画質を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る立体映像投影装置の構成例を示す図である。図１に示す反射型スクリーンの断面を模式的に示す図である。反射層を形成する範囲について説明する図である。比較例の反射型スクリーンにおいて迷光が発生する様子を模式的に示す図である。図１に示す反射型スクリーンと比較例の反射型スクリーンの不要面反射を比較した結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係る立体映像投影装置の構成例を示す図である。図１に示す立体映像投影装置１００は、反射型スクリーンに複数の投影装置から投影光を照射し、その反射光でアイリス面を構成し、反射型スクリーンの全周にわたって裸眼での立体視を実現する装置である。アイリスとは、投影装置の内部に存在する機能であり、カメラの絞りに相当し、光量を調整するものである。この立体映像投影方法の原理については、参考文献１（Motohiro Makiguchi et al.”Interactive 360-Degree Glasses-Free Tabletop 3D Display” UIST '19, October 20-23, 2019, New Orleans, LA, USA.）に詳しく記載されている。

本実施形態に係る立体映像投影装置１００は、反射型スクリーン１０、複数の投影装置２０、及び映像制御部３０を備える。

反射型スクリーン１０は、拡散層、反射層、フレネルレンズ層を備える。反射型スクリーン１０は、床１から所定の高さの例えばテーブル（図示せず）上に配置される。反射型スクリーン１０について詳しくは後述する。

投影装置２０は、反射型スクリーン１０を取り囲み上方から該反射型スクリーン１０に投影光を照射する。投影装置２０は、この例では中心角6度の間隔で投影装置２０_１〜２０_６０の60台が配置される。

観賞者Ａは、正対する投影装置２０_６０の投影光が反射型スクリーン１０で反射した反射光が集光するアイリス面４０_６０で立体画像を観賞する。観賞者Ａが右方向に移動すると、投影装置２０_５９（図示を省略）の投影光の反射光が集光するアイリス面４０_５９（図示せず）で立体画像を観賞する。観賞者Ａが左方向に移動すると、投影装置２０_１（図示を省略）の投影光の反射光が集光するアイリス面４０_１（図示せず）で立体画像を観賞する。

観賞者Ｂは、正対する投影装置２０_３０が異なるだけで、同様にアイリス面４０_３０で立体画像を観賞する。以降、投影装置等の位置を特定しない場合は添え字の表記を省略する。

アイリス面４０は、観賞者Ａの視点の移動に伴って投影映像の輝度が滑らかに遷移する特性を持つ。よって、各投影装置２０から投影する映像を中心角6度の視差を持って撮影したものにすれば、観賞者Ａ，Ｂは３Ｄメガネ等を使用せずに360度立体映像を観賞することができる。

映像制御部３０は、隣り合う投影装置２０が例えば中心角6度の視差を持つ映像信号を各投影装置２０に出力する。アイリス面４０は一定の広がりを持つので、各投影装置２０からの映像は、観賞者Ａ，Ｂの移動に伴って一部を重ねて投影される。

（反射型スクリーン）
図２は、本実施形態に係る反射型スクリーン１０の模式的に示す図である。反射型スクリーン１０は、保持板１０ａ、フレネルレンズ層１０ｂ、反射層１０ｃ、及び拡散層１０ｄの層構造である。このように、反射型スクリーン１０は、上から順に、拡散層１０ｄ、反射層１０ｃ、フレネルレンズ層１０ｂの各層を具備する。

保持板１０ａは、反射型スクリーン１０の平坦性を維持する基板であり、例えばブラスチック板等で構成される。保持板１０ａの上には、フレネルレンズ層１０ｂが形成される。

フレネルレンズ層１０ｂは下面側が平坦であり、上面側がフレネルレンズ面を形成し、エポキシアクリルレート等の樹脂で構成される。フレネルレンズ層は鋸波形状の断面を持つ。

反射層１０ｃは、フレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の斜面に形成される。反射層１０ｃは、例えばアルミニウム、銀、ニッケル等の高反射率の金属で構成される。

反射層１０ｃの上には、拡散層１０ｄが形成される。拡散層１０ｄは、拡散層１０ｄの表面形状と特定の関係にある直交二方向で相異なる特性（異方性）を有する。

（反射層）
本実施形態に係る反射型スクリーン１０の反射層１０ｃは、従来の反射型スクリーンに対してスクリーンの全面に形成されない点で異なる。

図３は、反射層１０ｃを形成する範囲について説明する図である。図３（ａ）に示すように、反射層１０ｃは、フレネルレンズ層１０ｂの光軸αと、投影装置２０から反射型スクリーン１０の遠端に向かう光線βの交点を基準点ｋとし、基準点ｋからフレネルレンズ層１０ｂを観察できる範囲に形成される。

高さの異なる投影装置２０がある場合は、反射型スクリーン１０から最も離れた位置の光軸αと光線βの交点を基準点ｋとする。光線βは、最も高い位置の投影装置２０の投影光とする。

図３（ｂ）は、反射型スクリーン１０の一部を拡大した図である。図３（ｂ）に示すように、反射層１０ｃは基準点ｋから見える範囲のフレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の斜面に形成される。つまり、基準点ｋからの光線βが照射される範囲に反射層１０ｃが形成される。したがって、フレネルレンズ層１０ｂの中心から外側に離れるほど、鋸波形状の一波の斜面の中で反射層１０ｃの占める割合は小さくなる（図３（ｂ））。

このように反射層１０ｃを形成するためには、フレネルレンズ層１０ｂの上面に、その中心から外側に向けて蒸着、又は塗装を行う。又は、エッチングで反射層１０ｃを形成してもよい。

また、本実施形態に係る反射型スクリーン１０は、反射型スクリーン１０を水平にした場合に、鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度が垂直である。鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度を垂直にすれば、この面に、蒸着又は塗装によって反射層１０ｃが形成され難くすることができる。

反射型スクリーン１０は、例えば金型に樹脂を流し込んで作製する。反射型スクリーン１０の鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度が垂直になるように金型を調整する。その調整は、金型を削る刃（ビット）で行える。よって、鋸波形状の山と谷を結ぶ垂直面の角度は、金型の製作精度に依存する公差を含む。

（比較例）
図４は、比較例の反射型スクリーン２１０で迷光が発生する様子を模式的に示す図である。図４は、観賞者Ｂと、観賞者Ｂと正対する投影装置２０_３０との関係を示す。

比較例の反射型スクリーン２１０は、上から順に、拡散層２１０ｄ、フレネルレンズ層２１０ｂ、反射層２１０ｃの各層を具備し、層の順番が本実施形態の反射型スクリーン１０（上から順に、拡散層、反射層、フレネルレンズ層）と異なる。また、反射型スクリーン１０の鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度が垂直でなく、反射型スクリーン２１０の全面に反射層２１０ｃが形成されている点で、本実施形態の反射型スクリーン１０と異なる。

図４に示すように、投影装置２０_３０から照射された投影光は、拡散層２１０ｄとフレネルレンズ層２１０ｂの界面で屈折し、鋸波形状の山と谷を結ぶ面で反射する場合もある。この鋸波形状の山と谷を結ぶ面で反射された光は迷光γとなる。迷光γは、観賞者Ａのノイズとなり、立体画像の画質を劣化させる。

観賞者Ｂにとっての迷光γは、図４では図示を省略している投影装置２０_６０から照射された投影光が、鋸波形状の山と谷を結ぶ面で反射した光（不要面反射）である。

このように、反射層２１０ｃが反射型スクリーン２１０の全面に形成されること、及び鋸波形状の山と谷を結ぶ面が垂直でないことで不要面反射は多く発生する。

（不要面反射の比較）
図５は、反射型スクリーン１０と比較例の反射型スクリーン２１０の不要面反射量を比較した結果の一例を示す図である。図５の横軸は、反射型スクリーンの直径方向の位置を表し、左方向が奥、右方向が手前である。縦軸は不要面反射の輝度（cd/m²）である。

比較は、輝度計の背後（手前）から白色光をそれぞれの反射型スクリーンの全面に向けて照射し、反射光の輝度を測定して行った。

図５に示すように、比較例は1000 cd/m²の不要反射を示すのに対して、本実施形態の反射型スクリーン１０の不要反射は大きいところで60 cd/m²である。

以上説明したように本実施形態に係る立体映像投影装置１００は、拡散層１０ｄ、反射層１０ｃ、フレネルレンズ層１０ｂを備えた反射型スクリーン１０と、反射型スクリーン１０を取り囲み上方から該反射型スクリーン１０に投影光を照射する複数の投影装置２０とを備え、反射層１０ｃは、フレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の斜面に形成される。また、反射型スクリーン１０は、上から順に、拡散層１０ｄ、反射層１０ｃ、フレネルレンズ層１０ｂの各層を具備する。これにより、反射型スクリーン１０の不要面反射を削減することができ、立体画像の画質を向上させることができる。

また、反射型スクリーン１０は、フレネルレンズ層１０ｂの光軸と、投影装置２０から反射型スクリー１０ンの遠端に向かう光線との交点を基準点ｋとし、該基準点ｋからフレネルレンズ層１０ｂを観察できる範囲に反射層１０ｃが形成される。これにより、更に不要反射を削減することができる。

また、反射型スクリーン１０は、該反射型スクリーン１０を水平に配置した場合に、フレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度が垂直である。これにより、更に不要反射を削減することができる。

また、本実施形態に係る表示方法は、立体映像投影装置１００が行う表示方法であって、拡散層１０ｄ、反射層１０ｃ、フレネルレンズ層１０ｂを備えた反射型スクリーン１０と、反射型スクリーン１０を取り囲み上方から該反射型スクリーン１０に投影光を照射する複数の投影装置２０と、を備え、反射層１０ｃは、フレネルレンズ層１０ｂの鋸波形状の斜面に形成され、隣り合う投影装置２０は、それぞれが投影する映像の一部を重ねて投影する。これにより画質を向上させ立体画像を投影することができる。

なお、上記の反射型スクリーン１０は、円形の例を示したが、本発明はこの例に限定されない。反射型スクリーン１０は、多角形であってもよい。また、投影装置２０は、60台備える例を示したがこの例に限られない。投影装置２０の数は、更に多くてもよいし少なくても構わない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１０，２１０：反射型スクリーン
１０ａ：保持板
１０ｂ：フレネルレンズ層
１０ｃ：反射層
１０ｄ：拡散層
２０：投影装置
３０：映像制御部
４０：アイリス面
１００：立体画像投影装置
α：光軸
ｋ：基準点

Claims

拡散層、反射層、フレネルレンズ層を備えた反射型スクリーンと、
前記反射型スクリーンを取り囲み上方から該反射型スクリーンに投影光を照射する複数の投影装置と、
を備え、
前記反射層は、前記フレネルレンズ層の鋸波形状の斜面に形成される立体映像投影装置。
前記反射型スクリーンは、
前記フレネルレンズ層の光軸と、前記投影装置から前記反射型スクリーンの遠端に向かう光線との交点を基準点とし、該基準点から前記フレネルレンズ層を観察できる範囲に前記反射層が形成される
請求項１に記載の立体映像投影装置。
前記反射型スクリーンは、
上から順に、前記拡散層、前記反射層、前記フレネルレンズ層の各層を具備する
請求項１又は２に記載の立体映像投影装置。
前記反射型スクリーンは、
該反射型スクリーンを水平に配置した場合に、前記鋸波形状の山と谷を結ぶ面の成す角度が垂直である
請求項１乃至３の何れかに記載の立体映像投影装置。
立体映像投影装置が行う表示方法であって、
拡散層、反射層、フレネルレンズ層を備えた反射型スクリーンと、
前記反射型スクリーンを取り囲み上方から該反射型スクリーンに投影光を照射する複数の投影装置と、
を備え、
前記反射層は、前記フレネルレンズ層の鋸波形状の斜面に形成され、
隣り合う前記投影装置は、それぞれが投影する映像の一部を重ねて投影する表示方法。