JP2833348B2 - 3次元画像表示装置及び3次元画像表示方法 - Google Patents

3次元画像表示装置及び3次元画像表示方法

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JP2833348B2
JP2833348B2 JP14782092A JP14782092A JP2833348B2 JP 2833348 B2 JP2833348 B2 JP 2833348B2 JP 14782092 A JP14782092 A JP 14782092A JP 14782092 A JP14782092 A JP 14782092A JP 2833348 B2 JP2833348 B2 JP 2833348B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、観察者が特別な眼鏡等
を装着することなく、自然に3次元画像の認識を可能と
するための3次元画像表示装置及び3次元画像表示方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】今日よく知られた3次元表示技術には、
両眼視差を利用した方式、ホログラフィ技術による方
式、移動ミラーや移動スクリーンを用いることで空間に
像を再生する方式等がある。それぞれ一長一短がある
が、特殊な眼鏡等を必要とせず自然に3次元画像を観察
できる移動ミラー,移動スクリーン方式は医療画像の表
示を主体として盛んに研究開発がなされている。
【0003】移動スクリーンを用いた3次元画像表示装
置の従来例を図6に示す。図の平面スクリーン601
は、1から5の位置へ一定速度で移動した後、瞬時に1
の位置に戻り再び同じ動作を繰り返す。この時スクリー
ンの各位置に対応した断面図を投影すれば、スクリーン
の「面積×移動ストローク」で構成される表示空間に残
像効果によって半透明の3次元画像が認識される。
【0004】投影にはレーザ光602を音響光学変調器
603で輝度変調し、更にポリゴンミラーやガルバノ型
スキャナ等の走査光学系604でラスタスキャンを行っ
ている。走査光学系604は図では簡略化してあるが実
際は非常に複雑な光学系である。表示画像が自然に見え
るためには、スクリーンの移動速度と断面像の投影が充
分に速くかつ同期していなければならない。なお、移動
スクリーンはアルキメデス螺旋式等いろいろ考案されて
いるが原理は同じである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の移動スクリーン
式3次元画像表示装置の課題は、少なくとも2つ挙げる
ことができる。
【0006】先ず第一は、断面像の投影にレーザ光を走
査する方法であるため走査光学系が複雑になることであ
る。像を拡大するためには光学系はより複雑となり、走
査の負担も大きくなってしまう。加えてカラー表示が困
難である。
【0007】第二は、コンピュータ・トモグラフィ(C
T)等からの断面像を直接表示するために半透明像にな
ることである。またはワイヤーフレーム像に対象が限ら
れてしまう。これは、分子構造の表示,物体の内部構造
表示,前述の医療分野等の特殊な用途では利点となる
が、一般像の表示には不向きであり欠点となる。これが
移動スクリーン式の3次元表示装置の根本的な問題であ
るとされてきた。
【0008】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決した、自然な3次元画像の認識が可能となる3次元画
像表示装置及び3次元画像表示方法を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明である3次元
画像表示装置は、観察者の視点に対し正面を向いたスク
リーンと、前記スクリーンを視点に対して奥行き方向に
移動させるスクリーン駆動部と、前記スクリーンの移動
に同期して対応する表示画面を投影するプロジェクタと
から構成されることを特徴とする。
【0010】第2の発明である3次元画像表示装置は、
回転軸を有するスクリーンと、前記スクリーンを回転さ
せるスクリーン駆動部と、前記スクリーンの回転に同期
して対応する表示画面を投影するプロジェクタとから構
成されることを特徴とする。
【0011】第3の発明は、回転軸を有するスクリーン
と、前記スクリーンを回転させるスクリーン駆動部と、
前記スクリーンの回転に同期して対応する表示画面を投
影するプロジェクタとから構成されることを特徴とする
3次元画像表示装置であって、前記スクリーンと同期し
て前記回転軸と共通の中心軸で回転するミラーを、前記
スクリーンの上方または下方に、リング状のミラーを前
記スクリーンを取り囲むように配置したことを特徴とす
る。
【0012】第4の発明である3次元画像表示方法は、
空間に配置される対象物体に対して視点から奥行き方向
に複数の断面像を抽出し、観察者の視点から見て重なり
合った前記断面像内の表示部分に対して視点に最も近い
表示部分を選択し、それ以外の表示部分を消去する隠線
処理を行った表示画像を、視点から奥行き方向に移動す
るスクリーンに同期させて対応する前記表示画像を前記
スクリーンに投影することを特徴とする。
【0013】第5の発明である3次元画像表示方法は、
空間に配置される対象物体に対して前記対象物体内部及
び近傍の軸を中心に複数の断面像を抽出し、観察者の視
点から見て重なり合った前記断面像内の表示部分に対し
て視点に最も近い表示部分を選択し、それ以外の表示部
分を消去する隠線処理を行った表示画像を、回転するス
クリーンに同期させて対応する前記表示画像を前記スク
リーンに投影することを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明の3次元画像表示装置では、移動スクリ
ーンまたは回転スクリーンにプロジェクタを用いて表示
画像を投影する。プロジェクタは根本的には内部のモニ
タ内で映像信号の走査を行っているわけであるが、電気
的にこれを行っているため従来の移動スクリーン式3次
元画像表示方法の課題であった機械的で複雑な走査光学
系を必要としない。表示画像の拡大縮小は投射距離の調
整で可能である。更にカラー表示もCRTプロジェクタ
または液晶プロジェクタを用いることで容易に実現でき
る。
【0015】また、本発明の3次元画像表示装置は、回
転スクリーン,プロジェクタ,回転スクリーンと同期し
て共通の軸で回転するミラーとリング状のミラーで構成
される。回転ミラーは回転スクリーンの上方または下方
に、リング状ミラーは回転スクリーンを取り囲むように
配置されている。プロジェクタからの投影画像は回転ミ
ラーで反射され、更にリング状ミラーで折り返されて回
転スクリーンに投影される。回転ミラーと回転スクリー
ンは同期しており、対応する画像を投影する。この3次
元画像表示装置を用いることで、回転スクリーンと対応
する表示画像の同期を容易に行うことができる。
【0016】更に、本発明の3次元画像表示方法である
移動スクリーンや回転スクリーンに対応した隠線処理を
行うことで、半透明像とならず、一般画像の表示も可能
となる。隠線処理をせず、従来と同様の半透明像及びワ
イヤーフレーム像を表示させることも当然可能である。
【0017】
【実施例】第1の発明の3次元画像表示装置の一実施例
を図1に示す。観察者の視点104に対し正面を向いた
移動スクリーン101と、視点に対して奥行き方向に移
動させるスクリーン駆動部102と、表示画面を投影す
るプロジェクタ103とから構成される。移動スクリー
ン101にプロジェクタ103を用いて表示画像を投影
する。プロジエクタはCRTプロジェクタでも液晶プロ
ジェクタでも構わない。移動スクリーン101の動きと
プロジェクタ103の表示は同期している。すなわち、
移動スクリーン101の移動に対し、その空間位置に対
応した対象物体の一部が投影されている。
【0018】第2の発明の3次元画像表示装置の一実施
例を図2に示す。回転軸203を有する回転スクリーン
201と、スクリーンを回転させるスクリーン駆動部2
02と、表示画面を投影するプロジェクタ103とから
構成される。第1の発明と同様に、回転スクリーン20
1の位置に対応した表示画像をプロジェクタ103によ
り同期して投影する。
【0019】第1及び第2の発明とも、表示する断層の
数は対象物体の大きさやプロジェクタの毎秒のフレーム
数等で最適な値を決める必要がある。また、複数台のプ
ロジェクタを用いて同時に多くの表示画像を投影するこ
ともできる。なお、画像の拡大縮小はプロジェクタ10
1の投射距離を変えることで可能である。プロジェクタ
を用いることで、従来の3次元画像表示装置の課題であ
った機械的で複雑な走査光学系は不要である。また、表
示画像の拡大縮小は投射距離の調整で可能である。更に
カラー表示も通常のCRTプロジェクタまたは液晶プロ
ジェクタを用いることで容易に実現できる。
【0020】第3の発明の3次元画像表示装置の一実施
例を図3に示す。(a)は平面図、(b)は正面図であ
る。3次元画像表示装置は、回転スクリーン201,ス
クリーンを回転させるスクリーン駆動部202,表示画
面を投影するプロジェクタ103,回転ミラー301,
リング状ミラー302で構成される。
【0021】回転ミラー301は回転スクリーン201
と共通の中心軸に固定されており、上方のスクリーン駆
動部202で制御されている。リング状ミラー302
は、回転スクリーン201を取り囲むように配置されて
いる。プロジェクタ103からの投影画像は回転ミラー
301で反射され、更にリング状ミラー302で折り返
されて回転スクリーン201に投影される。回転ミラー
301と回転スクリーン201は、あらかじめプロジェ
クタ103の表示画像が回転スクリーン201に対して
正面から撮影されるような向きに回転軸203に固定さ
れている。このため、回転状態でも常に回転スクリーン
201に正面から投影されることになり、表示画像の歪
は全く発生しない。すなわち、一般にスクリーンに対し
斜めに投影したときに生じる台形歪の問題は生じない。
また、回転スクリーン201の位置と表示画像は対応
し、かつ回転と表示のタイミングは同期が取れている。
観察者は視点104を回転スクリーンの斜め上において
覗くようにして見る。このような3次元画像表示装置を
用いることで、従来の3次元画像表示装置の課題であっ
た機械的で複雑な走査光学系を使用せずに容易に3次元
画像表示を行うことができる。また、観察者は表示物体
に対して360°の方向から観察が可能である。
【0022】第4の発明の3次元画像表示方法の一実施
例を図4に示す。図4(a)のように空間に配置される
対象物体402に対して、図4(b)に示すように視点
104から奥行き方向に移動するスクリーン101を仮
定して複数の断面像401(〜)を抽出する。この
後、視点104から見て重なり合っている部分に対して
は最も前方のものだけを残しそれ以外を消去する処理、
すなわち隠線処理を行なう。図では、−1,−2,
−1,−2,−2,−1が隠線部分となる。こ
の表示画像を、視点から奥行き方向に移動するスクリー
ンに同期させて対応する表示画像をスクリーンに投影す
ることで、半透明画像でなく表面画像を3次元的に表示
することが可能となる。図では簡略化のために断面像4
01を7枚としているが実際は充分に多くの断面像を作
製する。断面像を多く作製すれば断面間の距離は狭くな
り、表示される3次元画像も自然になる。断層間の距離
は移動スクリーンから観察者までの距離等に応じて設定
すればよい。
【0023】第5の発明の3次元画像表示方法の一実施
例を図5に示す。本発明では、図5(a)に示すよう
に、空間に配置される対象物体402に対して対象物体
内部及び近傍の軸を中心に複数の断面像501(〜
)を抽出する。この後、第4の発明と同様に観察者の
視点104から見て重なり合った断面像内の部分に対し
て視点104に最も近い表示部分を選択し、それ以外の
表示部分を消去する隠線処理を行う。図では、−1,
−2,−2,−2,−2,−2,−2,
−2,−2が隠線部分となる。この表示画像を、図5
(b)に示すように、回転スクリーン201に同期させ
て対応する表示画像をスクリーンに投影する。図では簡
略化のために断面像501を8枚としているが実際は充
分に多くの断面像を作製する。このような方式で第4の
発明と同様に、半透明画像でなく表面画像を3次元的に
表示することが可能となる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により従来
技術で必要とした複雑な光学系は不要となる。また特殊
用途である半透明像の表示のみならず一般の表面画像も
表示でき、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の3次元画像表示装置の一実施例を
示す図である。
【図2】第2の発明の3次元画像表示装置の一実施例を
示す図である。
【図3】第3の発明の3次元画像表示装置の一実施例を
示す図である。
【図4】第4の発明の3次元画像表示方法の一実施例を
示す図である。
【図5】第5の発明の3次元画像表示方法の一実施例を
示す図である。
【図6】従来の3次元画像表示装置の原理を示す図であ
る。
【符号の説明】
101 移動スクリーン 102,202 スクリーン駆動部 103 プロジェクタ 104 視点 201 回転スクリーン 203 回転軸 301 回転ミラー 302 リング状ミラー 401,501 断面像 402 対象物体 601 平面スクリーン 602 レーザ光 603 音響光学変調器 604 走査光学系

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】観察者の視点に対し正面を向いたスクリー
    ンと、 前記スクリーンを視点に対して奥行き方向に移動させる
    スクリーン駆動部と、 前記スクリーンの移動に同期して対応する表示画面を投
    影するプロジェクタとから構成されることを特徴とする
    3次元画像表示装置。
  2. 【請求項2】回転軸を有するスクリーンと、 前記スクリーンを回転させるスクリーン駆動部と、 前記スクリーンの回転に同期して対応する表示画面を投
    影するプロジェクタとから構成されることを特徴とする
    3次元画像表示装置。
  3. 【請求項3】回転軸を有するスクリーンと、前記スクリ
    ーンを回転させるスクリーン駆動部と、前記スクリーン
    の回転に同期して対応する表示画面を投影するプロジェ
    クタとから構成されることを特徴とする3次元画像表示
    装置であって、 前記スクリーンと同期して前記回転軸と共通の中心軸で
    回転するミラーを、前記スクリーンの上方または下方
    に、リング状のミラーを前記スクリーンを取り囲むよう
    に配置したことを特徴とする3次元画像表示装置。
  4. 【請求項4】空間に配置される対象物体に対して視点か
    ら奥行き方向に複数の断面像を抽出し、観察者の視点か
    ら見て重なり合った前記断面像内の表示部分に対して視
    点に最も近い表示部分を選択し、それ以外の表示部分を
    消去する隠線処理を行った表示画像を、視点から奥行き
    方向に移動するスクリーンに同期させて対応する前記表
    示画像を前記スクリーンに投影することを特徴とする3
    次元画像表示方法。
  5. 【請求項5】空間に配置される対象物体に対して前記対
    象物体内部及び近傍の軸を中心に複数の断面像を抽出
    し、観察者の視点から見て重なり合った前記断面像内の
    表示部分に対して視点に最も近い表示部分を選択し、そ
    れ以外の表示部分を消去する隠線処理を行った表示画像
    を、回転するスクリーンに同期させて対応する前記表示
    画像を前記スクリーンに投影することを特徴とする3次
    元画像表示方法。
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JP6176657B2 (ja) * 2013-07-05 2017-08-09 国立大学法人 東京大学 情報呈示装置
KR101508252B1 (ko) * 2013-09-02 2015-04-07 주식회사 토비스 다층 입체 영상 디스플레이 장치
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