JP2022161368A - 中空立体映像表示装置、中空立体映像表示システム、中空立体映像の歪補正方法、および歪補正データ作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】中空に浮かんでいるような印象を受けながらも、視野角が広い立体映像を表示することができる中空立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】中空立体映像表示装置は、平面映像を含む投影光を発する投影システムと、回転しながら前記投影光を透過させるかまたは反射する回転スクリーンと、前記回転スクリーンを透過するかまたは前記回転スクリーンで反射した前記投影光を一方向に導く誘導光学系と、前記誘導光学系によって導かれた前記投影光を集光させる集光レンズ系と、前記平面映像に対応する立体映像が空中で表示されるように、前記投影システムおよび前記回転スクリーンを制御する制御部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本開示は、中空立体映像表示装置、中空立体映像表示システム、中空立体映像の歪補正方法および歪補正データ作成プログラムに関する。

近年、中空に３次元の立体映像を表示する中空立体映像表示装置の開発が行われている。このような中空立体映像表示装置には、たとえば、下記の特許文献１に開示されているように、液晶ディスプレイ、ピンホールアレイ板、第１のフレネルレンズ、および第２のフレネルレンズが、この順番で配置されているものがある。この中空立体映像表示装置においては、液晶ディスプレイに表示された平面映像を含む光線群が、ピンホールアレイ板の多数のポンホールを通過して、視差画像光線群となる。

それにより、視差画像光線群はピンホールアレイ板と第１のフレネルレンズとの間の中空に、第１の立体映像として表示される。この第１の立体映像を構成する視差画像光線群は、第１および第２のフレネルレンズをさらに通過した後、観察者の近傍の位置に、第２の立体映像として再度表示される。観察者は、第２の立体映像を観察する。

特開２００２－２９６５４１号公報

上述の中空立体映像表示装置のように、複数のフレネルレンズを含む集光レンズ系を用いて第１の立体映像から距離を置いた位置に第２の立体映像を再生すれば、中空に浮かんでいるような印象を受ける第２の立体映像を表示することができる。しかしながら、視差画像光線群によって第１の立体映像を再生する、いわゆる光線再生方式を採用しているため、第１の立体映像の視野角が小さい。そのため、第１の立体映像に基づいて再生される第２の立体映像の視野角を大きくすることは困難である。したがって、第２の立体映像を見る位置が極めて狭い範囲に限定されてしまうという問題が生じる。

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものある。本開示の目的は、中空に浮かんでいるような印象を受けながらも、視野角が広い立体映像を表示することができる中空立体映像表示装置を提供することである。

また、本開示の他の目的は、前述の中空立体映像表示装置を用いた中空立体映像表示システム、その中空立体映像によって表示される中空立体映像の歪補正方法、およびそれに用いられる歪補正データ作成プログラムを提供することである。

本開示の中空立体映像表示装置は、平面映像を含む投影光を発する投影システムと、回転しながら前記投影光を透過させるかまたは反射する回転スクリーンと、前記回転スクリーンを透過するかまたは前記回転スクリーンで反射した前記投影光を一方向に導く誘導光学系と、前記誘導光学系によって導かれた前記投影光を集光させる集光レンズ系と、前記平面映像に対応する立体映像が空中で表示されるように、前記投影システムおよび前記回転スクリーンを制御する制御部と、を備えている。

本開示の中空立体映像表示システムは、複数の中空立体映像表示装置を備え、前記複数の中空立体映像表示装置のそれぞれは、同一の立体映像を中空の同一の位置に表示するように配置されている。

本開示の中空立体映像の歪補正方法は、中空に立体映像を表示する中空立体映像表示装置を準備するステップと、前記立体映像が表示される中空に格子点の実物を有する立体格子構造を配置するステップと、前記格子点の実物に対応する格子点の平面映像を用いて前記中空立体映像表示装置に前記格子点の立体映像を中空に表示させるステップと、前記格子点の実物および前記格子点の立体映像を撮影するステップと、撮影された前記格子点の実物と撮影された前記格子点の立体映像との間の座標の差を算出するステップと、前記座標の差がゼロに近づくように前記格子点の平面映像の座標を変換する平面映像座標変換データを生成するステップと、を備えている。

本開示の中空立体映像の歪補正データ作成プログラムは、コンピュータに、撮影された格子点の実物と撮影された格子点の立体映像との間の座標の差を算出するステップと、前記座標の差がゼロに近づくように前記格子点の平面映像の座標を変換する平面映像座標変換データを生成するステップと、を実行させるためのコンピュータ読み取り可能なものである。

実施の形態１の中空立体映像表示装置を示す図である。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の結像光学系の変形例１を示す図である。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の結像光学系の変形例２を示す図である。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の集光レンズ系の変形例１を説明する。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の集光レンズ系の変形例２を説明する。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の焦点距離を説明するための図である。 実施の形態１の中空立体映像表示装置の立体映像が結像する位置が変化することを説明するための図である。 投影画像から誘導光学系までの距離と集光レンズ系から中空立体映像までの距離との関係を示す図である。 誘導光学系および集光レンズ系の中心軸からずれた位置に投影画像が表示された場合に、中空立体映像もずれて表示されることを説明するための図である。 平面に描かれた格子の図柄を説明するための写真である。 平面に描かれた格子の図柄が誘導光学系および集光レンズ系によって中空立体映像として表示されると、図柄が歪むことを説明するための写真である。 実施の形態１の中空立体映像表示装置に立体格子構造の平面映像に対応する立体格子構造の立体映像を表示させ、立体格子構造の立体映像と立体格子構造の実物とを比較している状況を説明するための図である。 立体格子構造の実物の斜視図である。 実施の形態１の中空立体映像の歪補正方法を説明するためのブロック図である。 実施の形態１の中空立体映像の歪補正方法に用いられる歪補正データ作成プログラムが実行する各処理を説明するためのフローチャートである。 中空立体映像の視野角が小さい状況を説明するための図である。 中空立体映像の視野角が大きい状況を説明するための図である。 実施の形態１の中空立体映像表システムを示す図である。 実施の形態１の中空立体映像表システムの他の例を示す図である。 実施の形態２の中空立体映像表装置を示す図である。 実施の形態３の中空立体映像表装置を示す図である。 実施の形態３の中空立体映像表装置の変形例１を示す図である。 実施の形態３の中空立体映像表装置の変形例２を示す図である。 実施の形態３の中空立体映像表装置の変形例３を示す図である。 実施の形態３の中空立体映像表装置の変形例４を示す図である。 実施の形態４の中空立体映像表装置を示す図である。

以下、本開示の中空立体映像表示装置、中空立体映像表示システム、中空立体映像の歪補正方法、および中空立体映像の歪補正データ作成プログラムを、図面を参照しながら説明する。なお、各図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１を用いて実施の形態１の中空立体映像表示装置１００を説明する。
図１に示されるように、中空立体映像表示装置１００は、中空に立体映像ＳＩを表示する装置である。中空立体映像表示装置１００は、制御部１、投影システム２、アクチュエータ３、駆動ギア４、受動ギア５、回転スクリーン６、および結像光学系ＬＳを備えている。

制御部１は、平面映像ＰＩを記憶部１Ｍに記憶している。制御部１は、立体映像ＳＩの平面映像ＰＩの座標変換を行う歪補正部１Ｃを備えている。歪補正部１Ｃの詳細については後述する。制御部１は、記憶部１Ｍに記憶された平面映像ＰＩを含む映像信号ＣＳを投影システム２へ送信する。

投影システム２は、１つのプロジェクタ２Ａを含んでいる。なお、後述の実施の形態において説明するが、投影システム２は、複数のプロジェクタを含んでいてもよい。投影システム２は、制御部１から送信されてきた映像信号ＣＳに基づいて平面映像ＰＩを含む投影光Ａを発する。プロジェクタ２Ａは、高速フレームレートで平面映像を投影することができる。プロジェクタ２Ａは、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）素子を使用したＤＬＰ（Data Loss Prevention）方式の場合、階調を下げることで数千フレーム／秒の平面映像の投影を実現することができる。

アクチュエータ３は、制御部１から受信した制御信号に基づいて、所定の速度で回転する。アクチュエータ３は、本実施の形態においては、回転運動を生じさせるモータであるが、たとえば、電磁式モータまたは超音波モータ等を用いて回転運動を生じさせるものであってもよい。アクチュエータ３は、アクチュエータ３の基準部位の基準角度に対する回転角度を特定可能な回転信号ＲＳを制御部１へ送信する。

アクチュエータ３の回転軸には、互いの回転中心軸が一致するように駆動ギア４が固定されている。また、駆動ギア４は、受動ギア５と噛み合っている。そのため、駆動ギア４は、アクチュエータ３の回転軸の回転にもとなって受動ギア５を回転させる。受動ギア５は、互いの回転中心軸が一致するように回転スクリーン６に固定されている。そのため、受動ギア５が回転すると、回転スクリーン６が回転中心軸まわりに回転する。なお、駆動ギア４および受動ギア５は、互いに回転動力を伝達することができる機構であれば、リンク等、いかなるものを用いて構成されていてもよい。

回転スクリーン６は、１つのプロジェクタ２Ａが発した投影光Ａを透過する透過型の螺旋状回転スクリーン６Ａを含んでいる。螺旋状回転スクリーン６Ａは、２つの点を結ぶ線分の軌跡によって螺旋面を有するスクリーンである。その２点のうちの１つは、螺旋の回転中心軸まわりに一定の半径を維持して回転しながらその回転中心軸に沿って一定速度で移動する螺旋状の曲線上の点である。また、前述の２点のうちのもう１つは、螺旋の回転中心軸に沿って前述の一定速度で回転中心軸上を移動する点である。ただし、螺旋状回転スクリーン６Ａは、図１に開示された１つの螺旋面を有するものに限定されず、立体映像ＳＩを表示できる形状であれば、複数の螺旋面を有する形状、または、螺旋階段形状等、いかなる形状を有していてもよい。

なお、螺旋状回転スクリーン６Ａは、投影光Ａの一部を反射するが、螺旋状回転スクリーン６Ａによって反射される投影光Ａの量は、螺旋状回転スクリーン６Ａを透過する投影光Ａの量に比較して極めて小さい。螺旋状回転スクリーン６Ａは、アクチュエータ３の回転速度に比例した回転速度で回転しながら投影光Ａを透過させる。

結像光学系ＬＳは、誘導光学系ＣＬＳ、および集光レンズ系ＩＬＳを備えている。誘導光学系ＣＬＳの中心軸および集光レンズ系ＩＬＳの中心軸は、互いに一致するとともに、回転スクリーン６の回転中心軸と一致する。誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれは、その中心軸に対して回転対称性を有する形状をなしている。つまり、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれの平面形状は、円形である。

誘導光学系ＣＬＳは、それぞれが円形の平面形状を有し、互いの中心軸が一致するように配置された複数のフレネルレンズＬ３，Ｌ４を含んでいる。複数のフレネルレンズＬ３，Ｌ４のそれぞれの凹凸面は、螺旋状回転スクリーン６側を向いている。複数のフレネルレンズＬ３，Ｌ４のそれぞれの平面は、立体映像ＳＩ側を向いている。誘導光学系ＣＬＳは、回転スクリーン６を透過する投影光Ａを集光レンズ系ＩＬＳに向かって一方向に導く。本実施の形態においては、誘導光学系ＣＬＳは、投影光Ａを平行光にするコリメータレンズ系である。しかしながら、誘導光学系ＣＬＳは、一方向に投影光Ａを導くことができるのであれば、投影光Ａを平行光にするものでなくてもよい。

集光レンズ系ＩＬＳは、それぞれが円形の平面形状を有し、互いの中心軸が一致するように配置された複数のフレネルレンズＬ１，Ｌ２を含んでいる。複数のフレネルレンズＬ１，Ｌ２のそれぞれの凹凸面は、立体映像ＳＩ側を向いている。複数のフレネルレンズＬ１，Ｌ２のそれぞれの平面は、回転スクリーン６側を向いている。集光レンズ系ＩＬＳは、誘導光学系ＣＬＳによって導かれた投影光Ａを集光させる。それにより、投影光Ａが集光した位置で結像が生じる。その結果、平面映像ＰＩに対応する立体映像ＳＩが中空に表示される。この中空に表示される立体映像ＳＩは、回転スクリーン６の回転角度に対応した多数の平面映像ＰＩの集合で構成されている。

本実施の形態においては、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれは、複数のレンズを含んでいるが、１枚のレンズのみを含んでいてもよい。この場合には、結像レンズ系ＬＳの全体の高さ（または厚さ）を小さくすることができる。

また、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれは、フレネルレンズによって構成されているため、誘導光学系ＣＬＳが占有する高さ（または厚さ）を小さくすることができる。ただし、誘導光学系ＣＬＳは、投影光Ａを所定の方向に誘導できるのであれば、１または複数の凸レンズを含んでいてもよい。また、集光レンズ系ＩＬＳは、投影光Ａを集光できるのであれば、１または複数の凸レンズを含んでいてもよい。

本実施の形態においては、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれが複数のレンズを含んでいるため、投影光Ａの進行方向を大きく変化させることができる。そのため、回転スクリーン６と誘導光学系ＣＬＳとの間の距離および集光レンズ系ＩＬＳと中空立体映像ＳＩとの間の距離を小さくすることが可能になっている。

なお、本実施の形態においては、図示されていないが、中空立体映像表示装置１００は、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳを支持する円筒状の筐体を備えているものとする。

本実施の形態の中空立体映像表示装置１００においては、上述の視差画像光線群を用いるのではなく、上記のように、投影システム２と回転スクリーン６とを用いて、第１の立体映像（図６の投影画像ＰＲＩ参照）を回転スクリーン６上に体積表示している。そのため、第１の立体映像（図６の投影画像ＰＲＩ参照）の視野角αを大きくすることが可能になっている。また、第１の立体映像（図６の投影画像ＰＲＩ参照）を誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳを用いて、所望の中空に第２の立体映像ＳＩを表示している。そのため、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれの直径を大きくし、かつ、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳのそれぞれの焦点距離を小さくすれば、中空の第２の立体映像ＳＩの視野角αを大きくすることができる。

また、集光レンズ系ＩＬＳの構成に応じて、第２立体映像ＳＩを表示する位置を異ならせることができる。その結果、第２の立体映像ＳＩの位置を中空立体映像表示装置１００から大きく離れた位置に表示することも可能になる。

また、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によれば、回転スクリーン６と第２の立体映像ＳＩとの間に誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳが存在する。そのため、第２の立体映像ＳＩを見る人の体が回転スクリーン６に接触してしまうことを防止することができる。

さらに、中空立体映像表示装置１００の内部構造と立体映像ＳＩとは、結像光学系ＬＳにより、仕切られている。そのため、立体映像ＳＩが表示されている空間およびその周辺の空間の衛生環境を良好な状態に維持することができる。その結果、外科手術などの医療の分野において立体映像ＳＩを利用することが可能になる。

制御部１は、回転スクリーン６の回転角度に対応した多数の平面映像ＰＩの集合により構成される第２の立体映像ＳＩが空中で表示されるように、投影システム２および回転スクリーン６を制御する。平面映像ＰＩに対応する第２の立体映像ＳＩが中空に表示される。平面映像ＰＩは、撮影装置（図示せず）によって予め撮影された実物の平面映像ＰＩを含んでいる。そのため、第２の立体映像ＳＩは、実物の立体映像を含んでいる。

より具体的には、制御部１は、アクチュエータ３から受信した回転信号ＲＳによって特定される回転角度に対応する平面映像ＰＩを構成する１つの静止画像を含む投影光Ａを投影システム２に発せさせる制御を実行する。制御部１は、この制御を、アクチュエータ３の一回転のうちの所定の回転角度ごとに実行する。たとえば、制御部１は、アクチュエータ３の回転角度が０．１度増加するごとに、その増加したアクチュエータ３の回転角度に対応する平面映像ＰＩを構成する１つの静止画像を含む投影光Ａを投影システム２に発せさせる。

アクチュエータ３の回転角度に対応する平面映像ＰＩを構成する１つの静止画像は、アクチュエータ３の回転角度に対応する方向におけるある位置から実物を撮影したときのその実物の静止画像であるものとする。この実物の静止画像の集合により、実物を撮影した位置が３６０度の全周の範囲にわたって時系列的に変化する平面映像ＰＩが構成されている。

制御部１は、回転スクリーン６、誘導光学系ＣＬＳ、および集光レンズ系ＩＬＳに起因した立体映像ＳＩの歪を補正する歪補正部１Ｃを含んでいる。これによれば、回転スクリーン６、誘導光学系ＣＬＳ、および集光レンズ系ＩＬＳの収差等に起因した歪を補正することができる。本実施の形態においては、歪補正部１Ｃは、実物の立体映像ＳＩの形状が実物それ自身の形状に近づくように、平面映像ＰＩの座標を変換する。そのため、複雑な処理を行うことなく、歪補正を簡単に実行することができる。

本実施の形態の中空立体映像表示装置１００を用いれば、撮影された実物を中空に立体映像ＳＩとして表示することができる。そのため、実物とその実物と同一形状を有する立体映像ＳＩとを中空で３次元的に重ね合わせることができる。それにより、その実物と中空の立体映像ＳＩとを比較することにより、その実物を中空の立体映像ＳＩと同一の形状に加工することができる。

したがって、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、たとえば、医療分野において血管内に挿入デバイスの加工をするとき、または、工芸分野においてアクセサリを加工するとき等に、それらの模範品を立体映像ＳＩとして表示することができる。これによれば、中空に表示された模範品の立体映像に一致するように、実物の挿入デバイスまたはアクセサリ等を加工すれば、挿入デバイスまたはアクセサリ等の正確な加工を容易に行うことができる。

なお、その模範品は、本実施の形態においては、実物を撮影した平面映像ＰＩに対応する立体映像ＳＩである。しかしながら、模範品は、３ＤＣＡＤ（Dimensional Computer-Aided Design）などコンピュータを用いて製作された平面映像ＰＩに対応する立体映像ＳＩであってもよい。コンピュータを用いて製作された平面映像ＰＩを用いる場合、実物を撮影した平面映像ＰＩを製作する場合と同様に、歪補正部１Ｃによる歪補正を行ってもよい。しかしながら、立体映像ＳＩの歪が補正された平面映像ＰＩがコンピュータを用いて予め製作され得るのであれば、歪補正部ＩＣによる歪補正を実行しなくてもよい。

図２および図３を用いて、実施の形態１の中空立体映像表示装置の結像光学系ＬＳの変形例１および変形例２を説明する。

図２に示されるように、結像光学系ＬＳは、１つの凸レンズＬ１１からなる誘導光学系ＣＬＳと、１つの凸レンズＬ１０からなる集光レンズ系ＣＬＳと、によって構成されていてもよい。なお、この場合、凸レンズＬ１１は、凸面と平面とを有し、凸レンズＬ１０も、凸面と平面とを有する。凸部レンズＬ１１の凸面と凸レンズＬ１０の凸面とは、互いに向かい合っている。凸部レンズＬ１１の平面と凸レンズＬ１０の平面とは、互いに反対側を向いている。

図３に示されるように、結像光学系ＬＳは、１つのフレネルレンズＬ２１からなる誘導光学系ＣＬＳと、１つのフレネルレンズＬ２０からなる集光レンズ系ＩＬＳと、によって構成されていてもよい。なお、この場合、フレネルレンズＬ２１は、凹凸面と平面とを有し、フレネルレンズＬ２０も、凹凸面と平面とを有する。フレネルレンズＬ２１の凹凸面とフレネルレンズＬ２０の凹凸面とは、互いに向かい合っている。フレネルレンズＬ２１の平面とフレネルレンズＬ２０の平面とは、互いに反対側を向いている。

図４を用いて、中空立体映像表示装置１００の集光レンズ系ＩＬＳの変形例１を説明する。

変形例１の集光レンズ系ＩＬＳは、中心軸ＯＡが一致する２つの凸レンズＬ１Ａ，Ｌ２Ａによって構成されている。２つの凸レンズＬ１ＡおよびＬ２Ａのそれぞれは、互いに反対側を向く２つの凸面を有している。変形例１によっても、凸レンズＬ１Ａ，Ｌ２Ａのそれぞれの直径を大きくし、凸レンズＬ１Ａ，Ｌ２Ａの全体の焦点距離Ｆｃを小さくすれば、中空の立体映像ＳＩの視野角αを大きくすることができる。

凸レンズＬ１Ａと凸レンズＬ２Ａとの間の距離は、ｄである。凸レンズＬ１ＡおよびＬ２Ａは、それぞれ、焦点距離ｆ１およびｆ２のレンズである。平行光である投影光Ａが凸レンズＬ１ＡおよびＬ２Ａを透過すると、焦点Ｆで結像が生じる。したがって、２つの凸レンズＬ１Ａ，Ｌ２Ａの焦点距離がｆｃであるとすると、１／ｆｃ＝１／ｆ１＋１／ｆ２－ｄ／ｆ１・ｆ２の関係が成り立つ。なお、この焦点距離ｆｃの算出式は、集光レンズ系ＣＬＳが複数の集光レンズを有しているのであれば、いかなる構成を有する集光レンズ系ＣＬＳにおいても成立する。

図５を用いて、中空立体映像表示装置１００の集光レンズ系ＣＬＳの変形例２を説明する。

変形例２においては、集光レンズ系ＩＬＳを複数のフレネルレンズＬ１Ｂ，Ｌ２Ｂのそれぞれの凹凸面は、立体映像ＳＩが表示される焦点Ｆ側とは逆側を向いている。変形例２によっても、複数のフレネルレンズＬ１Ｂ，Ｌ２Ｂの直径を大きくし、焦点距離ｆｃを小さくすれば、中空の立体映像ＳＩの視野角αを大きくすることができる。

複数のフレネルレンズＬ１Ｂ，Ｌ２Ｂの厚さのそれぞれは、凸レンズに比較して極めて小さいため、ｄ＝０であるとする。このとき、集光レンズ系ＩＬＳがＮ個のフレネルレンズのそれぞれの焦点距離ｆ１、ｆ２、・・・、ｆＮがいずれも同一の値であるとすると、１／ｆｃ＝１Ｎ／ｆ１という式が導き出される。したがって、Ｎ個のフレネルレンズの焦点距離ｆｃ＝ｆ1／Ｎで表される。つまり、複数のフレネルレンズを重ね合わせた場合、焦点距離ｆｃは重ね合わされたフレネルレンズの数に比例して小さくなる。

図６および図７を用いて、距離ａ、距離Ｄ、および距離ｂを説明する。

距離ａは、回転スクリーン６上に表示される第１の立体映像としての投影画像ＰＲＩから誘導光学系ＣＬＳまでの距離である。距離Ｄは、誘導光学系ＣＬＳから集光レンズ系ＩＬＳまでの距離である。距離ｂは、集光レンズ系ＩＬＳから中空に表示される第２の立体映像ＳＩまでの距離である。なお、投影画像ＰＲＩとは、回転している回転スクリーン６に時系列的に投影されている一連の静止画像の集合体を意味するものとする。

図６に示されるように、誘導光学系ＣＬＳを構成するフレネルレンズＬ１およびＬ２、ならびに、集光レンズ系ＩＬＳを構成するフレネルレンズＬ３およびＬ４がすべて同一の焦点距離を有しているものとする。このとき、距離ａは、誘導光学系ＣＬＳの焦点距離ｆ３であれば、距離ｂも、集光レンズ系ＩＬＳの焦点距離ｆ３である。図６に示された条件の下では、結像光学系ＬＳのそれぞれのレンズ系が同一の焦点距離を有する複数のフレネルレンズによって構成されている場合、次のことが言える。つまり、図６に示されるように、集光レンズ系ＩＬＳと誘導光学系ＣＬＳとが対向するようにかつ集光レンズ系ＩＬＳの中心軸と誘導光学系ＣＬＳの中心軸とが一致するように配置すると、１／ｆ３／２＝１／ｆ３＋１／ｆ３という式が成立する。

図７に示されるように、図６に示される条件の下で、Ｄ≒０とすると、焦点距離ｆ３／２の結像光学系ＬＳが形成される。この場合、距離ａをｆ３／２とすると、距離ｂは無限大∞となるため、図７に示される条件の下では、結像レンズＬＳは投影画像ＰＲＩの立体映像ＳＩを結像させることができない。

図８に示される投影画像ＰＲＩから誘導光学系ＣＬＳまでの距離ａと集光レンズ系ＩＬＳから立体映像ＳＩまでの距離ｂとの関係を説明する。

図９に示されるように、ａ＞ｆ３／２の条件が成立する場合、立体映像ＳＩの結像点が存在するが、距離ａと距離ｂとの関係は、レンズの公式から非線形（図８参照）であると言える。そのため、距離ａ、距離ｂ、および距離Ｄの調整が必要になる。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００においては、距離ａ、距離ｂ、および距離Ｄの関係が、立体映像ＳＩが結像するように設定されているものとする。

図９に示されるように、投影画像ＰＲＩの位置が結像光学系ＬＳの中心軸ＯＡからずれると、立体映像ＳＩも中心軸ＯＡからずれて表示される。たとえば、図１０Ａに示される平面格子の図柄の実物ＰＬＲＴ（これは、図９の投影画像ＰＲＩに対応する）の反射光は、結像光学系ＬＳを透過した後に結像した後、図１０Ｂに示されるように歪んだ格子の平面映像ＤＬＰＩ（これは、図９の立体映像ＳＩに対応する）として表示される。したがって、この歪んだ格子の平面映像ＤＬＰＩを補正するために、前述した歪補正部１Ｃが必要になる。

図１１～図１３を用いて、本実施の形態の中空立体映像の歪補正方法を説明する。

本実施の形態の中空立体映像の歪補正方法においては、平面映像座標変換データ生成装置５００が用いられる。平面映像座標変換データ生成装置５００は、歪補正データ作成プログラムによって動作するコンピュータである。歪補正データ作成プログラムが実行する処理については後述される。

本実施の形態の中空立体映像の歪補正方法においては、まず、前述した中空に立体映像ＳＩを表示する中空立体映像表示装置１００を準備する。次に、図１１および図１２に示されるように、複数の格子点の立体映像ＬＳＩが表示される中空に複数の格子点の実物ＬＲＴを有する立体格子構造Ｍを配置する。

なお、本明細書においては、格子点とは、格子を構成する縦軸と横軸との交点を意味するものとする。また、図１１および図１２においては、図面を見易くするため、格子点の立体映像ＬＳＩを×印で描き、格子点の実物ＬＲＴを●で描いているが、実際には、同一の形状を有しているものとする。

その後、図１１に示されるように、平面映像座標変換データ生成装置５００は、格子点の実物ＬＲＴに対応する複数の格子点の平面映像ＬＰＩを用いて中空立体映像表示装置１００に格子点の立体映像ＬＳＩを中空に表示させる。ただし、作業員が中空立体映像表示装置１００の操作部を操作することによって、格子点の実物ＬＲＴに対応する複数の格子点の平面映像ＬＰＩを用いて中空立体映像表示装置１００に格子点の立体映像ＬＳＩを中空に表示させてもよい。このとき、格子点の実物ＬＲＴ、格子点の平面映像ＬＰＩ、および格子点の立体映像ＬＳＩのそれぞれは、互いの対応関係を識別可能な色を有している。

次に、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２に格子点の実物ＬＳＩおよび格子点の立体映像ＬＳＩを撮影させる。ただし、作業員が複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２を操作することによって、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２に格子点の実物ＬＳＩおよび格子点の立体映像ＬＳＩを撮影させてもよい。複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２のそれぞれは、撮影された格子点の実物ＬＳＩおよび撮影された格子点の立体映像ＬＳＩの画像を平面映像座標変換データ生成装置５００へ送信する。

さらに、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２によって撮影された格子点の実物ＬＰＴの複数の撮影画像を用いて格子点の実物ＬＲＴの座標を特定する。また、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２によって撮影された格子点の立体映像ＬＳＩの複数の画像を用いて格子点の立体映像ＬＳＩの座標を特定する。本実施の形態においては、光軸が異なる複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２を用いる。そのため、２つの撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２の両方において、格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの座標が一致していれば、実空間において格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの空間座標が一致していること分かる。

その後、平面映像座標変換データ生成装置５００は、撮影された格子点の実物ＬＲＴと撮影された格子点の立体映像ＬＳＩとの間の座標の差を算出する。このとき、まず、平面映像座標変換データ生成装置５００は、撮影された格子点の実物ＬＲＴの色と撮影された格子点の立体映像ＬＳＩの色とを用いて、格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの対応関係の有無を識別する。

前述の格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの対応関係は、１対１の関係である。たとえば、格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとは、同じ色を有していれば、１対１の対応関係を有するものとする。ただし、格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとは、予め定められた色の組合せであれば、対応関係を有すると識別されてもよい。複数の格子点の実物ＬＲＴと複数の格子点の立体映像ＬＳＩとの１対１の対応関係の有無を識別できるのであれば、いかなる方法が用いられてよい。このように、２つの色によって格子点の実物ＲＬＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの対応関係の有無の識別を行うため、格子点の実物ＲＬＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの対応関係の有無の識別を正確に行うことができる。

その後、平面映像座標変換データ生成装置５００は、格子点の実物ＬＲＴと格子点の実物ＬＲＴと対応関係を有していると識別された格子点の立体映像ＬＳＩとの間の座標の差を算出する。

次に、平面映像座標変換データ生成装置５００は、互いに対応関係を有する格子点の実物ＬＲＴと格子点の立体映像ＬＳＩとの座標の差がゼロに近づくように、格子点の平面映像ＬＰＩの座標を変換する平面映像座標変換データＣＤを生成する。また、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の格子点の平面映像ＬＳＩの座標のうちの隣接する２つの格子点の平面映像ＬＰＩの座標同士の間の中間座標に対応する平面映像座標変換データＣＤを補間によって生成する。

図１３に示されるように、平面映像座標変換データ生成装置５００は、平面映像座標変換データＣＤを中空立体映像表示装置１００のデータテーブル１Ｔに記憶させる。新たな実物の立体映像ＳＩを中空に表示する場合には、まず、制御部１は、撮影装置２００によって撮影された平面映像ＰＩが入力部１Ｎを経由して記憶部１Ｍに記憶させる。

次に、制御部１は、歪補正部１Ｃにおいて、データテーブル１Ｔに記憶された平面映像座標変換データＣＤを用いて、撮影装置２００によって撮影された新たな実物の平面映像ＰＩの座標変換を実行し、座標変換後の平面映像ＣＰＩを生成する。次に、制御部１は、座標変換後の平面映像ＣＰＩを含む映像信号ＣＳを、出力部１ＯＵＴから投影システム２へ送信する。それにより、投影システム２が投影光Ａを発することにより、中空立体映像表示装置１００は、立体映像ＳＩを中空に表示する。

図１４を用いて、平面映像座標変換データ生成装置５００が平面映像座標変換データを生成する方法をより具体的に説明する。平面映像座標変換データ生成装置５００は、実施の形態においては、中空立体映像の歪補正データ作成プログラムがインストールされたパーソナルコンピュータであるものとする。しかしながら、平面映像座標変換データ生成装置５００は、中空立体映像の歪補正データ作成プログラムにおける各ステップを実行することができるコンピュータであれば、いかなる装置であってもよい。補正データ作成プログラムは、コンピュータ読み取り可能なものである。平面映像座標変換データ生成装置５００は、コンピュータとして機能し、その内部にインストールされた歪補正データ作成プログラムによって、次の各ステップを実行する。

まず、ステップＳ１において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、外部装置（図示せず）から、中空に表示される複数の格子点の平面映像ＬＰＩのデータを読み込む。次に、ステップＳ２において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の格子点の平面映像ＬＰＩのデータから複数の格子点の座標データを読み出す。

ステップＳ３において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、中空立体映像表示装置１００に複数の格子点の平面映像ＬＰＩのデータに対応する格子点の立体映像ＬＳＩを中空に表示させる。その後、ステップＳ４において、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２のそれぞれに複数の格子点の実物ＬＲＴと複数の格子点の立体映像ＬＳＩとを撮影させる。

次に、ステップＳ５において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の撮影装置ＣＡ１，ＣＡ２によって撮影された画像の色に基づいて、複数の格子点の実物ＬＲＴと複数の格子点の立体映像ＬＳＩとの対応関係を識別する。

その後、ステップＳ６において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の格子点の立体映像ＬＳＩの座標のそれぞれと、複数の格子点の実物ＬＲＴの座標のうちの対応する格子点の実物ＬＲＴの座標との差がゼロであるか否かを判定する。複数の格子点の立体映像ＬＳＩおよび複数の格子点の実物ＬＲＴのそれぞれは、複数の撮影装置ＣＡ１,ＣＡ２によって撮影されたものである。

ステップＳ６において、複数の格子点の立体映像ＬＳＩの座標のそれぞれと、複数の格子点の実物ＬＲＴの座標のうちの対応する格子点の実物ＬＲＴの座標との差のすべてがゼロであると判定される場合がある。この場合には、平面映像座標変換データ生成装置５００は、ステップＳ８の処理を実行する。

一方、ステップＳ６において、複数の格子点の立体映像ＬＳＩのそれぞれについて、いずれか１つの座標の差がゼロでないと判定される場合がある。この場合には、ステップＳ７において、全ての座標の差がゼロになるように、格子点の平面映像ＬＰＩのいずれか１つの格子点の座標データを修正することによって格子点の立体映像ＬＳＩのいずれか１つ格子点の位置を変更する。このとき、格子点の実物ＬＲＴの座標と格子点の立体映像ＬＳＩの座標とが一致するまで、修正する必要がある格子点の平面映像ＬＰＩの格子点の座標データを徐々に修正することにより、格子点の立体映像ＬＳＩの座標を徐々に変更する。その後、格子点の実物ＬＲＴと格子点の映像ＬＳＩとの全ての座標が一致すれれば、ステップＳ８において、格子点の立体映像ＬＳＩのそれぞれについて、修正された格子点の立体映像ＬＳＩの座標に対応する修正された格子点の平面映像ＬＰＩの座標データと、修正される前の格子点の平面映像ＬＰＩの座標データとを対応させて保存する。

次に、ステップＳ９において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、複数の格子点の平面映像ＬＰＩの座標データを、修正された複数の格子点の平面映像ＬＰＩの座標へ変換する平面映像座標変換データＣＤをデータテーブルの形式で生成する。

その後、ステップＳ１０において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、格子点の平面映像ＬＰＩにおける格子点同士の間の平面映像座標変換データＣＤを補間によって生成する。ステップＳ１１において、平面映像座標変換データ生成装置５００は、全ての平面映像座標変換データＣＤをデータテーブルの形式で記憶する。

その後、平面映像座標変換データ生成装置５００は、ステップＳ１１で生成されたすべての平面映像座標変換データＣＤを中空立体映像表示装置１００の制御部１のデータテーブル１Ｔに記憶させる。それにより、中空立体映像表示装置１００の制御部１の歪補正部１Ｃは、データテーブル１Ｔに記憶された平面映像座標変換データＣＤを用いて、平面映像ＰＩの座標変換によって立体映像ＳＩの歪補正を実行することが可能になる。

図１５および図１６に示されるように、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によれば、中空立体映像表示装置１００から立体映像ＳＩまでの距離ｂを変更するように結像光学系ＬＳを変更すれば、立体映像ＳＩの視野角αを変更することができる。なお、図１５および図１６においては、複数の人の目Ｅの位置が描かれており、複数の目Ｅの位置の範囲によって視野角αに広さが表現されている。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によれば、立体映像ＳＩは、図１５に示される距離ｂが相対的に大きいことに起因して視野角αが相対的に小さい状態、または、図１６に示される距離ｂが相対的に小さいことに起因して視野角αが相対的に大きい状態のいずれにもなり得る。

図１７および図１８に示されるように、中空立体映像表示システム１０００は、複数の中空立体映像表示装置１００を備えている。図１７および図１８に示される複数の中空立体映像表示装置１００のそれぞれは、同一の立体映像ＳＩを中空の同一の位置に表示するように配置されている。本実施の形態においては、同一の立体映像ＳＩを中空の同一の位置に表示することは、同一の大きさおよび同一の立体形状を有する立体映像ＳＩを同一の姿勢で表示することを意味する。つまり、本実施の形態のち中空立体映像表示装置１００は、立体的に異なる範囲の視野角αを有する２以上の同一の立体映像ＳＩを重ねて中空に表示することにより、視野角αを立体的に広げている。

図１７に示される中空立体映像表示システム１０００は、１つの中空立体映像表示装置１００の結像光学系ＬＳの中心軸Ｖ１と他の１つの中空立体映像表示装置１００の結像光学系ＬＳの中心軸中心軸Ｖ２とが互いに直交している。図１８に示される中空立体映像表示システム１０００は、３つの中空立体映像表示装置１００の３つの結像光学系ＬＳの３つの中心軸ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＡ３のうちのいずれか２つの中心軸が互いに直交している。

図１７に示される中空立体映像表示システム１０００によれば、ある１つの中心軸Ｖ１およびＶ２の双方に直交する仮想軸ＶＡまわりの視野角αを大きくすることができる。また、図１８に示される中空立体映像表示システム１０００によれば、直交する３つの中心軸ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＡ３のそれぞれまわりの視野角αを大きくすることができる、すなわち、立体的に視野角αを大きくすることができる。

(本実施の形態２)
図１９を用いて実施の形態２の中空立体映像表示装置１００を説明する。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、実施の形態１の中空立体映像表示装置１００とほぼ同様である。したがって、以下、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００と実施の形態１の中空立体映像表示装置１００との相違点を主として説明する。

図１９に示されるように、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間の距離Ｄ１を調整する距離調整機構７をさらに備えている点において、実施の形態１の中空立体映像表示装置１００と異なる。なお、本実施の形態においては、距離Ｄ１は、たとえば、レンズＬ１の下面とレンズＬ３の上面との間の距離である。距離Ｄ１は、移動機構７に設けられた距離センサＳによって測定され、距離Ｄ１を示す信号が距離センサＳから制御部１へ送信される。本実施の形態においては、距離調整機構７は、誘導光学系ＣＬＳまたは集光レンズ系ＩＬＳのうちの少なくともいずれか一方をスライドさせるスライド機構である。

なお、距離調整機構７は、スライド機構でなくとも、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間の距離Ｄ１の増減を調整することができれば、いかなるものであってもよい。また、距離Ｄ１が変化すると、立体映像ＳＩが歪むことも起こり得るため、歪補正部１Ｃが、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間の距離Ｄ１をパラメータとして立体映像ＳＩの歪を補正する機能を有していてもよい。つまり、制御部１は、距離センサＳから受信した距離Ｄ１の値に基づいて、立体映像ＳＩの歪を補正してもよい。ただし、制御部１は、たとえば、ユーザによって距離調整機構７に入力される距離Ｄ１の値を用いて、立体映像ＳＩの歪を補正してもよい。

本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によれば、距離調整機構７により、誘導光学系ＣＬＳの位置を固定した状態で、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間の距離を大きくしたり、小さくしたりすることができる。それにより、立体映像ＳＩが表示される位置を誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳの中心軸に沿って移動させることができる。なお、この場合、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間においては、投影光Ａは平行光Ａであることが好ましい。

(本実施の形態３)
図２０を用いて実施の形態３の中空立体映像表示装置１００を説明する。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、実施の形態１の中空立体映像表示装置１００とほぼ同様である。したがって、以下、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００と実施の形態１の中空立体映像表示装置１００との相違点を主として説明する。

図２０に示されるように、誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳを支持する円筒状の筐体１０を備えている。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、誘導光学系ＣＬＳと集光レンズ系ＩＬＳとの間に、マスク部Ｍおよびスリット部Ｓを含む透明円板状部材ＭＳを備えている。マスク部Ｍは、光を透過しない。スリット部Ｓは、外部から回転スクリーン６への光の進入を防ぎながら、誘導光学系ＣＬＳによって生成された誘導光学系ＣＬＳおよび集光レンズ系ＩＬＳの中心軸に平行に進行する投影光Ａのみを透過させる。

本実施の形態においては、回転スクリーン６は、回転しながら投影光Ａを反射する反射型回転スクリーン６Ｂを含んでいる。反射型回転スクリーン６Ｂは、平板状をなしている。

本実施の形態においては、投影システム２は、平板状の反射型回転スクリーン６の回転軸に垂直な方向から反射型回転スクリーン６Ｂの主表面に垂直に投影光Ａが照射される。反射型回転スクリーン６Ｂで反射された投影光Ａは、誘導光学系ＣＬＳにより平行光にされ、透明円板状部材ＭＳを透過した後、集光レンズ系ＩＬＳによって集光される。その結果、中空に立体映像ＳＩが表示される。

上記のような本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によっても、視野角αが広い立体映像ＳＩを中空に表示することができる。

なお、反射型回転スクリーン６Ｂの代わりに、平板状の透過型スクリーンが用いられてもよい。

次に、図２１を用いて、本実施の形態の変形例１の中空立体映像表示装置１００を説明する。

本実施の形態の変形例１の中空立体映像表示装置１００においては、投影システム２は、複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃを含んでいる。複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃは、それぞれ、互いに異なる位置から回転スクリーン６へ投影光Ａを発する。プロジェクタ２Ｂが発する投影光Ａの進行方向とプロジェクタ２Ｃが発する投影光Ａの進行方向とは、本実施の形態においては、平面視において互いに９０度だけ異なっている。しかしながら、立体映像ＳＩを所望の状態で表示することができるのであれば、プロジェクタ２Ｂが発する投影光Ａの進行方向とプロジェクタ２Ｃが発する投影光Ａの進行方向とは、平面視においていかなる角度異なっていてもよい。

変形例１によれば、複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃのそれぞれは、平板状の反射型回転スクリーン６Ｂの回転角度に応じて、平面映像ＰＩを含む投影光Ａを平板状の反射型回転スクリーン６Ｂへ照射する。それにより、同一の立体映像ＳＩが同一の姿勢および大きさで中空に表示される。この場合、プロジェクタが１つである場合、平板状の反射型回転スクリーン６Ｂの両主表面のそれぞれが、プロジェクタの投影光Ａの進行方向に対して平行であるタイミングにおいては、立体映像ＳＩが表示されない。しかしながら、変形例１によれば、平板状の反射型回転スクリーン６Ｂの両主表面のそれぞれが、プロジェクタ２Ｂの投影光Ａの進行方向に対して平行であっても、プロジェクタ２Ｃの投影光Ａの進行方向に対しては垂直である。したがって、立体映像ＳＩが表示されなくなるタイミングが発生する不具合を抑制することができる。また、１つのプロジェクタを用いる場合に比較して、２つのプロジェクタを用いれば、立体映像ＳＩの輝度を増加させることができる。

次に、図２２を用いて、本実施の形態の変形例２の中空立体映像表示装置１００を説明する。

図２２に示されるように、投影システム２は、複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを含んでいる。複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、それぞれ、互いに異なる位置から平板状の反射型回転スクリーン６Ｂへ投影光Ａを発する。プロジェクタ２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが発する投影光Ａの進行方向は、平面視において互いに１２０度ずつ異なっている。

変形例２の中空立体映像表示装置１００によれば、複数のプロジェクタ２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのそれぞれは、平板状の反射型回転スクリーン６Ｂの回転角度に応じて、同一の平面映像ＰＩを含む投影光Ａを平板状の反射型回転スクリーン６Ｂへ照射する。したがって、変形例２の中空立体映像表示装置１００によれば、立体映像ＳＩが表示されなくなるタイミングが発生することをより確実に抑制することができる。また、２つのプロジェクタを用いる場合に比較して、３つのプロジェクタを用いれば、立体映像ＳＩの輝度をさらに増加させることができる。

次に、図２３および図２４を用いて、本実施の形態の変形例３および変形例４の中空立体映像表示装置１００を説明する。

変形例３の中空立体映像表示装置１００および変形例４の中空立体映像表示装置１００は、それぞれ、反射型スクリーン６Ｃの形状が上記した変形例１の中空立体映像表示装置１００および変形例２の中空立体映像表示装置１００と異なっている。反射型回転スクリーン６Ｃは、平面視において、回転中心軸Ｃから互いに１２０度ずつ異なる方向に延びる３つの平板部を有している。１枚の平板の反射型スクリーン６Ｂを用いる場合に比較して、３つの平板部を有する反射型回転スクリーン６Ｃを用いれば、立体映像ＳＩの輝度を増加させることができる。なお、変形例４の中空立体映像表示装置１００は、プロジェクタ２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのそれぞれ発する投影光Ａの進行方向が１２０度ずつずれている点において、プロジェクタ２Ｂ，２Ｃのそれぞれ発する投影光Ａの進行方向が９０度ずれている変形例３の中空立体映像表示装置１００と異なっている。

なお、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００においても、実施の形態２の距離調整機構７（スライド機構等）が設けられていてもよい。

（実施の形態４）
図２５を用いて実施の形態４の中空立体映像表示装置１００を説明する。本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、実施の形態１の中空立体映像表示装置１００とほぼ同様である。したがって、以下、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００と実施の形態１の中空立体映像表示装置１００との相違点を主として説明する。

図２５に示されるように、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、回転スクリーン６が反射型の螺旋状回転スクリーン６Ｄを含んでいる点が実施の形態１の中空立体映像表示装置１００と異なる。また、反射型の螺旋状回転スクリーン６Ｄがアクチュエータ３の回転軸に直接接続されており、アクチュエータ３の回転軸は、透明板ＴＬと反射型の螺旋状回転スクリーン６Ｄとを回転させる。

凹面鏡ＣＭは、凹面鏡ＣＭの中心に貫通孔ＴＨを有している。投影システム２を構成する１つのプロジェクタ２Ａは、投影光Ａが貫通孔ＴＨから反射型の螺旋状回転スクリーン６Ｄへ向かう方向に進むように配置されている。

透明板ＴＬの回転角度を特定可能な回転信号ＲＳが透明板ＴＬに設置されたセンサ（図示せず）またはアクチュエータ３から制御部１へ送信される。また、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００は、誘導光学系ＣＬＳが凹面鏡ＣＭを含んでいる。
凹面鏡ＣＭと集光レンズ系ＩＬＳとは、互いの中心軸が一致するように配置されている。

本実施の形態においては、凹面鏡ＣＭは、放物線を中心軸まわりに回転させた放物面の反射面を有している。しかしながら、凹面鏡ＣＭは、立体映像ＳＩを表示することができるのであれば、他の凹面形状を有するものであってもよい。凹面鏡ＣＭは、螺旋状回転スクリーン６Ｄで反射した投影光Ａを平行光線にして、透明ガラス回転板ＴＬを透過させた後、集光レンズ系ＩＬＳへ導く。

本実施の形態の中空立体映像表示装置１００によっても、視野角αが広い立体映像ＳＩを中空に表示することができる。

なお、本実施の形態の中空立体映像表示装置１００においても、実施の形態２において説明された距離調整機構７（スライド機構等）と同様のものが設けられていてもよい。本実施の形態の距離調整機構７（スライド機構等）は、誘導光学系ＩＣＳＩとしての凹面鏡ＣＭと集光レンズＩＬＳとの間の距離を調整する。

１ 制御部
１Ｃ 歪補正部
１Ｍ 記憶部
２ 投影システム
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ プロジェクタ
６ 回転スクリーン
６Ａ 透過型の螺旋状回転スクリーン
６Ｂ 反射型回転スクリーン
６Ｃ 反射型螺旋状回転スクリーン
６Ｄ 螺旋状回転スクリーン
１００ 中空立体映像表示装置
１０００ 中空立体映像表示システム
ＣＡ１，ＣＡ２ 撮影装置
ＣＤ 平面座標変換データ
ＣＬＳ 誘導光学系
ＩＬＳ 集光レンズ系
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ フレネルレンズ
ＬＳＩ 格子点の立体映像
ＬＲＴ 格子点の実物
Ｍ 立体格子構造
ＰＩ 平面映像
ＳＩ 立体映像（第２の立体映像）

Claims (20)

1. 平面映像を含む投影光を発する投影システムと、
   回転しながら前記投影光を透過させるかまたは反射する回転スクリーンと、
   前記回転スクリーンを透過するかまたは前記回転スクリーンで反射した前記投影光を一方向に導く誘導光学系と、
   前記誘導光学系によって導かれた前記投影光を集光させる集光レンズ系と、
   前記平面映像に対応する立体映像が空中で表示されるように、前記投影システムおよび前記回転スクリーンを制御する制御部と、を備えた、中空立体映像表示装置。
2. 前記制御部は、前記回転スクリーン、前記誘導光学系、および前記集光レンズ系に起因した前記立体映像の歪を補正する歪補正部を含む、請求項１に記載の中空立体映像表示装置。
3. 前記平面映像は、撮影された実物の平面映像を含み、
   前記立体映像は、前記実物の立体映像を含み、
   前記歪補正部は、前記実物の立体映像の形状が前記実物それ自身の形状に近づくように、前記平面映像の座標を変換する、請求項２に記載の中空立体映像表示装置。
4. 前記誘導光学系と前記集光レンズ系との間の距離を調整する距離調整機構をさらに備えた、請求項１～３のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
5. 前記距離調整機構は、前記誘導光学系または前記集光レンズ系のうちの少なくともいずれか一方をスライドさせるスライド機構を含む、請求項４に記載の中空立体映像表示装置。
6. 前記誘導光学系は、互いの中心軸が一致するように配置された複数のフレネルレンズを含む、請求項１～５のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
7. 前記誘導光学系は、凹面鏡を含み、
   前記凹面鏡と前記集光レンズ系とは、互いの中心軸が一致するように配置された、請求項１～５のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
8. 前記集光レンズ系は、互いの中心軸が一致するように配置された複数のフレネルレンズを含む、請求項１～７のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
9. 前記投影システムは、１つのプロジェクタを含み、
   前記回転スクリーンは、前記１つのプロジェクタが発した前記投影光を反射または透過する螺旋状回転スクリーンを含む、請求項１～８のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
10. 前記投影システムは、複数のプロジェクタを含み、
    前記回転スクリーンは、前記投影光を反射する反射型回転スクリーンを含み、
    前記複数のプロジェクタは、それぞれ、互いに異なる位置から前記反射型回転スクリーンへ前記投影光を発する、請求項１～８のいずれかに記載の中空立体映像表示装置。
11. 複数の中空立体映像表示装置を備え、
    前記複数の中空立体映像表示装置のそれぞれは、同一の立体映像を中空の同一の位置に表示するように配置された、中空立体映像表示システム。
12. 前記複数の中空立体映像表示装置のそれぞれは、前記中空立体映像表示装置を含む、請求項１１に記載の中空立体映像表示システム。
13. 中空に立体映像を表示する中空立体映像表示装置を準備するステップと、
    前記立体映像が表示される中空に格子点の実物を有する立体格子構造を配置するステップと、
    前記格子点の実物に対応する格子点の平面映像を用いて前記中空立体映像表示装置に前記格子点の立体映像を中空に表示させるステップと、
    前記格子点の実物および前記格子点の立体映像を撮影するステップと、
    撮影された前記格子点の実物と撮影された前記格子点の立体映像との間の座標の差を算出するステップと、
    前記座標の差がゼロに近づくように前記格子点の平面映像の座標を変換する平面映像座標変換データを生成するステップと、を備えた、中空立体映像の歪補正方法。
14. 前記格子点の立体映像を中空に表示するステップにおいては、前記格子点の実物および前記格子点の平面映像のそれぞれは、互いの対応関係を識別可能な色を有しており、
    前記座標の差を算出するステップにおいては、
    撮影された前記格子点の実物の色と撮影された前記格子点の立体映像の色とを用いて、前記格子点の実物と前記格子点の立体映像との前記対応関係の有無を識別し、
    前記格子点の実物と前記格子点の実物と前記対応関係を有していると識別された前記格子点の立体映像との間の前記座標の差を算出する、請求項１３に記載の中空立体映像の歪補正方法。
15. 前記格子点の実物を有する立体格子構造を配置するステップにおいては、それぞれが前記格子点の実物である複数の格子点の実物を有する立体格子構造を配置し、
    前記格子点の立体映像を中空に表示するステップにおいては、それぞれが前記格子点の立体映像である複数の格子点の立体映像を中空に表示し、
    前記平面映像座標変換データを生成するステップにおいては、それぞれが前記格子点の平面映像の座標である複数の格子点の平面映像の座標のうちの隣接する２つの格子点の平面映像の座標同士の間の座標に対応する前記平面映像座標変換データを補間によって生成する、請求項１３または１４に記載の中空立体映像の歪補正方法。
16. 前記格子点の実物および前記格子点の立体映像を撮影するステップにおいては、
    複数の撮影装置を用いて前記格子点の実物および前記格子点の立体映像を撮影し、
    前記複数の撮影装置によって撮影された前記格子点の実物の複数の撮影画像を用いて前記格子点の実物の座標を特定し、
    前記複数の撮影装置によって撮影された前記格子点の立体映像の複数の撮影画像を用いて前記格子点の立体映像の座標を特定する、請求項１３～１５のいずれかに記載の中空立体映像の歪補正方法。
17. 前記平面映像座標変換データを前記中空立体映像表示装置に記憶させるステップと、
    前記平面映像座標変換データを用いて、撮影された新たな実物の平面映像の座標変換を実行し、座標変換後の平面映像を生成するステップと、
    前記座標変換後の平面映像を用いて、前記中空立体映像表示装置に前記立体映像を中空に表示させるステップと、を備えた、請求項１３～１６のいずれかに記載の中空立体映像の歪補正方法。
18. コンピュータに、
    撮影された格子点の実物と撮影された格子点の立体映像との間の座標の差を算出するステップと、
    前記座標の差がゼロに近づくように前記格子点の平面映像の座標を変換する平面映像座標変換データを生成するステップと、
    を実行させるためのコンピュータ読み取り可能な中空立体映像の歪補正データ作成プログラム。
19. 前記座標の差を算出するステップにおいては、
    撮影された前記格子点の実物の色と撮影された前記格子点の立体映像の色とを用いて、前記格子点の実物と前記格子点の立体映像との対応関係の有無を識別し、
    前記格子点の実物と、前記格子点の実物と前記対応関係を有していると識別された前記格子点の立体映像との間の前記座標の差を算出する、請求項１８に記載のコンピュータ読み取り可能な中空立体映像の歪補正データ作成プログラム。
20. 前記平面映像座標変換データを生成するステップにおいては、
    それぞれが前記格子点の平面映像の座標である複数の格子点の平面映像の座標のうちの隣接する２つの格子点の平面映像の座標同士の間の座標に対応する前記平面映像座標変換データを補間によって生成する、請求項１８または１９に記載のコンピュータ読み取り可能な中空立体映像の歪補正データ作成プログラム。

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