JP4324845B2

JP4324845B2 - 映像表示装置

Info

Publication number: JP4324845B2
Application number: JP2003167135A
Authority: JP
Inventors: 芳晴桃井
Original assignee: 芳晴桃井
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004336680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は様々な方向に異なる映像を表示を行う表示装置、または立体映像を表示する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メガネをかけて左右眼に違う画像を区別して表示させる立体表示システムがあるが、メガネをかけるわずらわしさがある。メガネなし立体表示システムはとして、２眼式、多眼式、超多眼式、ホログラフィー式などいろいろと開発されている。しかし、どのディスプレイも観察範囲が狭く立体感が得られるが、運動視差が小さいことが欠点である。
何らかの方法で観察者の目の位置を検出し、そこのみに投影する視点追従が運動視差をつける手段として考えられる。しかし、観察者が限定されることと、視点検出範囲によって観察範囲が限られる。
【０００３】
パララックスバリアやピンホール、レンチキュラーレンズによって多視点画像を表示するシステムは折り返しにより観察範囲としては広くはなる。しかし、視差画像数を増やすと、表示する画素数が減ってしまうので高精彩なまま多眼化には限度がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９７０１３号公報
【特許文献２】
特開平５−２２７５４号公報
特許文献１（特開平１０−９７０１３号公報）のようにＬＥＤアレイとパララックスバリアを回転させる円筒型の全周型ディスプレイが提案されている。これは回転方向の視差（位置による違う画像の提示）を細かくすることはでき、広範囲で観察することができるが上下方向の視差はつけられない。しかも、解像度を増していくと情報量が膨大に増えていくことが考えられる。
２次元データを体積走査により立体表示する方法も知られている。拡散面スクリーンを回転させそこに投影するとスクリーンが存在する位置に対して光が拡散し、操作を行う位置によって３次元的に光を提示できる。欠点として観察範囲や提示範囲を広げるためにスクリーンを半透明にするので物体の裏側の光も透過して見えてしまい不自然であり、回転に伴い像がぼけることが考えられる。
対面方向にのみ表示させ回転させる表示装置である特許文献２（特開平５−２２７５４号公報）なども知られている。
対面方向のみに表示させ回転表示させる特許文献２では体積操作と異なり垂直方向には視差が付けられない。しかも、特許文献２公報では観察範囲を広くすると情報量が膨大になるという問題点が解決できていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した従来技術に付随する立体表示装置の問題点を解決するものである。この発明によれば、情報量をコントロールしながら広範囲で観察でき水平垂直方向で視差が付けられる表示を行う。
【０００６】
この発明は映像（画像）情報の解像度を落とさない表示システムを提供することを課題とする。
この発明は広範囲に観察範囲を設け、意図する方向のみにその角度の表面映像（画像）を表示させることを目的にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明は、
請求項１ではスクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンよりも下方位置においてスクリーンと一体的に設置されたスクリーン鏡と、
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置されたプロジェクター群と
からなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２ではスクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンよりも下方位置で回転軸線方向からの投影光がスクリーンに投影できるような角度でスクリーンの回転軸線の回りに間隔を開けてスクリーンと一体的に複数枚設置したスクリーン鏡と、
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置され、回転軸線からの距離が等しくスクリーン鏡と対応した角度の位置に左右複数群配置されたプロジェクター群と、
からなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３ではスクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置されたプロジェクター群が回転軸線を挟み対を成して設置されたプロジェクター群と
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の２枚の回転鏡からなり一体的にそれぞれプロジェクター群に対応して上下に一体的に設置された回転鏡群と、
スクリーンよりも下方位置で且つ回転軸線から等しい距離の位置に対応した回転軸線方向からの投影光がスクリーンに投影できるような角度でスクリーンの回転軸線の回りに間隔を開けてスクリーンと一体的に複数枚設置したスクリーン鏡と
からなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４ではスクリーンが回転軸線に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のものである。
【００１１】
また、請求項５ではスクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、固定設置されているとともに対称軸線の回りに形成された円筒、円錐、半円球およびその他の回転対称面の何れかの形状をし、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンの対称軸線と対面し、スクリーンよりも下方位置において対称軸と同軸の回転軸線のまわりを回転可能で回転軸線に常に対面する複数枚スクリーン鏡と
スクリーンの下方に回転軸線と同軸状に設置され、スクリーン鏡の１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置され、回転軸線からの距離が等しくスクリーン鏡と対応した角度の位置に左右複数群配置されたプロジェクター群と、
からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項６ではスクリーンがホログラム光学素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のものである。
【００１３】
【実施例】
第１実施例
以下、図面を用いて本発明の構成を説明する。
図１は本発明に関わる映像表示装置の概略構成を示す図である。
映像表示装置はスクリーン１とそれを投影する光学系から構成されている。スクリーン１は垂直な回転軸線ｘの回りに回転可能で、指向性を有している。投影光学系は、スクリーン１背面（反射型指向性スクリーンであれば前面になる。透過型スクリーンとして話を進める）でスクリーン１よりも下方位置にスクリーン１とともに回転するスクリーン鏡２と、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線ｘの回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡３と、斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクター４ａ、４ｄが異なる煽り角をなして上下に複数段に設置されているプロジェクター群４から構成されている。
【００１４】
このような構成でスクリーン１および回転鏡３を回転軸線ｘの回りに回転させると全周で像を表示でき、煽り角の違うプロジェクター台数に応じて垂直視差が生みだせる。観察位置での指向性スクリーン１による拡散範囲（視域）に対応する回転角度（視域回転角）毎に表示を行えば、隙間なく水平方向の視差を得ることができる。
【００１５】
様々な方向に異なる映像表示を行う多角映像表示と立体表示について説明する。多角映像表示とは表示装置の表示像が観察位置により変化することである。本装置では水平方向でも垂直方向でも表示が変化できることが特徴となっている。
図３は水平方向の視差（表示位置による像の変化）を説明するものである。それぞれの観察位置で違う像が観察できる様子がわかる。両眼の視差が人間が奥行き感を得るためのひとつの要因である。水平視差が両眼間隔よりも細かく得られれば立体知覚できる装置になりえる。本装置ではこの水平視差を指向性スクリーン１の視域を回転させそれに伴い投影像を変化させることにより得る。
図４は垂直視差を説明する図である。垂直方向の異なる観察位置により別の映像を観察できる様子がわかる。本装置では指向性スクリーンの視域が投影光の光軸を基準として視域を作る特徴を活かし、複数台のプロジェクターを煽り角を変え投影することにより垂直視差を得る。
【００１６】
次に、指向性スクリーン１ついて説明する。指向性スクリーン１とは投影した光軸を基準として特定の範囲のみにスクリーン全体の光を拡散させるスクリーンを指す。図２は指向性スクリーンの概念を示したものである。この指向性スクリーンによる拡散された範囲である視域Ａ内に眼を置くと投影された像が観察でき、視域Ａから外れると投影像は観察できない。指向性スクリーン１の例として再帰性反射材やレンズやシリンドリカルレンズやレンチキュラーレンズが考えられる。それぞれの光学素子の特性により拡散方向を制限し、像が見られる範囲を設定できる。また、そのほかにも自由な視域を設定するためにマイクロレンズアレイや合わせ鏡スクリーンやホログラムやほかの光学素子またそれらの組み合わせによって指向性スクリーン１が提案されている。指向性スクリーンとしては例えば特開２００２−１４４２３公報や特開２０００−２７５７３６公報など特開２００２−１４８７１７公報などがあげられる。設計により視域の大きさや投影系の光軸を基準として視域の位置を決めることができる。
【００１７】
また指向性スクリーン１の１つの例としてホログラムスクリーンを説明する。ホログラムは記録した光波をそのまま再生できる特徴をもつ。図５はホログラムスクリーンの撮影方法を説明する図である。拡散板６０からの光をレンズ１１０で実像Ａ１に変換する。ホログラム乾板をレンズ１１０と実像Ａ１の間に設置することでレンズからの光が物体光０となる、参照光Ｒを同時に照射することによりホログラム露光ができる。物体光０は実像Ａ１上のどの点でもホログラム乾板１１上のすべての光が集光されていることになる。図６はホログラムスクリーンの利用を説明する図である。必要な処理をしてホログラムになった乾板１１に画像の投影光を再生照明光Ｃとして照射すると拡散板の実像部分Ａ２にのみスクリーン全体から拡散した光がやってくる。なので、投影された像は視域（拡散板の実像域）で見ることができ、それ以外の位置からでは再生された光が届かないので像を見ることができない指向性スクリーンとして働くことができる。
【００１８】
ホログラムは記録した参照光と再生された光波の角度が保存される。なので、ホログラムスクリーンに違った角度から光を入射させると入射光から回折光までの角度は変わらないので角度を変えた分だけ異なった位置に視域が出来る。当然ながら同じスクリーンに同時に異なった像を異なった角度から投影すれば異なる角度に異なる像が観察できる。スクリーン形状もホログラムの感光材料を塗布する支持体の形状により変えることができる。薄いフィルムのような支持体を使えば作成後に折り曲げることも可能となる。
投影光学系について説明する。投影光学系はスクリーン鏡２と回転鏡３とプロジェクター群４で構成されている。回転するスクリーン１に対し投影光も回転するようにできおり、スクリーン１に対しては常に同じ位置で同じ角度で投影できるようになっている。
【００１９】
スクリーン鏡２について説明する。スクリーン鏡２はスクリーン１の回転軸線ｘと回転軸線ｘを同じくする回転鏡３から反射されて投影光をスクリーン１に反射させる役割がある。図１のようにスクリーン１は回転軸線ｘがスクリーン１の中心を垂直に貫くように設置されたとき、スクリーン１とスクリーン鏡２は一体的に設置され、スクリーン鏡２とスクリーン１は常に対面しながら回転軸線ｘのまわりを回転する。広い観察範囲を実現させるため全周で観察できるようにするためにはスクリーン鏡２が観察のじゃまにならないようにスクリーン１よりも下部に設置される。
【００２０】
回転鏡３について説明する。回転鏡３は固定されたプロジェクターからの光線をスクリーン１の回転に対応させて回転させる役割を持つ。回転鏡３は反射角が常に回転角となるように回転軸線ｘのまわりをスクリーンの回転速度の半分で回転する。全周から投影できるようにするために回転鏡３は表裏ともに鏡面とする。図７には回転に伴う水平視差提示範囲を説明する図であり図８はその上面図である。なお、図７、図８は回転前の状態を示し、部品を示す引用数字の後にａを付けており、図９、図１０は回転後の状態をを示し、部品を示す引用数字の後にｂを付けている。回転鏡３ａは回転軸線ｘを中心として垂直にスクリーン１下部に設置される。
【００２１】
プロジェクター群４について説明する。プロジェクターは回転や動きに対応した映像を投影する役割を持つ。回転に対応した画像を回転と同期させ、その回転時にのみ映像を出力する。対応した回転角のときのみ映像を出力する方法としてシャッターを用いた方法も考えられる。また、プロジェクターの光源にＬＥＤを用いて回転に対応したパルスで発光する方法も考えられる。プロジェクターは反応速度が早いほど画質が向上することが期待できる。反応速度の速い投影プロジェクターとしてＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：テキサスインスツルメンタル社の登録商標）を用いたプロジェクター（ＤＬＰ：テキサスインスツルメンタル社の登録商標）を用いることが考えられる。ＤＭＤの光源にカラーフィルターで色を付けて投影する方法が一般的であるが、スクリーンの回転速度が十分速ければ、カラーフィルターの回転とスクリーン回転を同期させ、１回転ごと違う色を表現することで色を混ぜることもできる。スクリーンの下部から投影が出来るように煽り角を付けて回転鏡に投影する。
【００２２】
本装置において回転に伴い水平視差をつけることを説明する。図７、図９は回転に伴う水平視差の提示を説明する図である。図８、図１０は回転に伴う水平視差の提示を説明する上面図である。図７においてスクリーン１ａの位置から像が観察できる範囲は視域Ａ内のみである。観察位置６ではスクリーン１ａからの像が観察できるが観察位置７では像は観察できない。図７状態で投影した後、スクリーン１を回転軸線ｘに対する視域Ａの角度α（図８参照）回転させる。それに伴い回転鏡３をα／２回転させる（図１０中のβに対応する）。これが図９および図１０の状態となる。回転に伴いスクリーンは１ｂの位置となり、スクリーン鏡は２ｂの位置となる。このようになることで、プロジェクター４ａからの光線がα回転されたスクリーン１ｂの位置に投影される。こうなるとスクリーン１の像が観察できる視域はＢのみとなり観察位置７で像が観察できる。このように視域回転角αごとに視差画像の投影を行い水平視差をつけることができる。
【００２３】
垂直視差を説明する。図１１、図１２は垂直視差を説明する側面図である。スクリーン１とスクリーン鏡２と回転鏡３がお互い対面している図であるが、それらが回転軸線ｘの回りに回転しても同様の関係が保たれる。プロジェクター４ａの主な内部構造を説明する。光源４４から発せられた光は反射鏡４３に反射されるか、若しくは直接空間変調素子４１に届く。ここで空間変調素子４１はＤＭＤ（テキサスインスツメンタル社の登録商標）を仮定し反射形としてあるがこれに限られるものではない。空間変調素子の特性により傾けて使用できない場合にはプリズムやハーフミラーを使い光を入射し、投影する画像をあらかじめ歪ませてませて置くことも考えられる。ここでスクリーン１すべての位置で結像するために空間変調素子４１と投影レンズ４２をスクリーン１と同じ角度としてある。プロジェクター４ａから投影された光は回転鏡３とスクリーン鏡２で反射され、スクリーン１に投影される。等価的にはＣ位置から煽り角θで投影していることとなる。指向性スクリーン１により視域Ａ内のみで投影像が観察できる。スクリーン１の中心点から視域の垂直方向の見込み角度をφとすると、隙間なく垂直方向に視域を並べるためには図１２のように煽り角をθ＋φで投影するプロジェクター４ｄを設ければよい。そうすれば等価的にＤの位置から煽り角θ＋φで投影していることとなる。指向性スクリーン１の特性により視域Ａｄ内のみで４ｄの投影した像が観察できる。こうして垂直視差が提示できる。つまり、観察位置６ｄではプロジェクター４ｄの投影した像のみが見えることとなる。回転しても関係は変わらないので垂直視差は全周で観察できる。つまり、プロジェクター台数分の垂直視差数の全周で提示できる。
【００２４】
つぎに装置全体の制御機構について説明する。スクリーン１の回転速度は人間の目の残像効果が十分機能するためには、少なくとも毎秒８回転の回転数が必要である。それに対応させ水平方向視域の大きさとスクリーン１の回転速度を設定し、全周でとぎれなく映像を観察できるようにする。
【００２５】
スクリーン１と回転鏡２はステッピングモータ（図示せず）で駆動され、回転鏡２はギヤ介してスクリーンの半分の回転速度で駆動し、それによってスクリーン１に像がずれずに投影できる。
【００２６】
画像を送り出すためにコンピュータを用いる。スクリーン１と回転鏡３を回転させるステッピングモータと同期を取り回転角に対応した画像を送り出すように順次それぞれのプロジェクターに信号を送る。
【００２７】
第２実施例
観察者がより自然で疲労感少ない状態で観察できるようにするためにそれぞれの視域回転角に対する投影間隔を短くすることが考えられる。そのために複数の光が同時に入射しても光軸に対してできる視域によって画像が分離できるという指向性スクリーンの特徴を活かし、スクリーン鏡２とプロジェクター群４の数を増やし水平視差を同時につくる。その複数の視域が回転することによって投影間隔を短くすることができる。
【００２８】
図１３は第２実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す図であり、図１４は第２実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す上面図である。複数のスクリーン鏡２は図１４のようにそれぞれのプロジェクター４ａ、４ｂからでた光線の光軸が回転軸線ｘに再び反射するように配置する。そうすれば、光軸を基準にして視域が形成できるので回転軸線ｘを中心に視域円周上に並び効率よく観察範囲が形成できる。光軸に対応して視域ができること考え配置する。実際、指向性スクリーンと視域の中心を結んだ線（視域光軸）の延長線が重なるところが見かけ上の注視点となる。見る位置によって見かけ上の注視点が変化しないほうが好ましいと考えられる。しかも、提示する物体の中心は回転軸線ｘ上に置くことが効率的であると考えられる。回転軸線ｘ上に見かけ上の注視点を配置することが効率的であると考えられる。
また、垂直方向の視差も水平方向の視差と同様に回転に伴って見かけ上の注視点が変化しないようにプロジェクターの煽り角を調整する。つまり、回転軸線ｘ上の任意の点で視域光軸が重なるようにプロジェクターを配置すればよい。
【００２９】
プロジェクターの配置は垂直視差用の複数の煽り角の違うプロジェクター群４を複数群並べることになる。回転鏡３の回転速度がスクリーン１の回転速度の半分に制御されているので固定されたプロジェクター４の角度配置とスクリーン鏡２の角度配置が同じであればスクリーン１が回転してもそれぞれ対応した光線を受けることができる。なお、上記以外の部品の配置や構成は前述した実施例と同様であり、それらの説明は省略する。
【００３０】
図１５はスクリーン１を両面を使うようにした実施例２の変態様を説明する上面図である。スクリーン１が表裏両面で作用することができ、同等の指向性を有している場合スクリーン鏡３を反対側の対応点に設置すれば投影間隔を半分にすることができる。対応設置位置である回転軸線ｘを挟んで対をなしてプロジェクター４とスクリーン鏡２を配置する。そうすれば回転鏡３の表裏利用し同時にスクリーン１の表裏に投影することができる。このことで投影間隔が半分となる。
【００３１】
第３実施例
回転鏡３に対しプロジェクター４ａの投影光が作用できる範囲を考えると、プロジェクター４ａと対面したときからの回転角に比例した面積となる。つまり、プロジェクター４ａの光軸と平行になったとき（対面状態より９０度回転したとき）は反射できる面積がなくなってしまう。このことから投影光に作用できる面積が投影光の大きさより小さくならないようにしなくてはならない。視域回転角αの間隔広く、投影時に回転鏡３の面積に対し作用できる面積が投影光の大きさより小さくなってしまうことがなければ全周で像が観察できる。
【００３２】
そこで、第３実施例では視域回転角が小さくとも全周に映像を表示する実施法を提示する。図１６は図１８は第３実施例を説明する側面図である。図１９は回転後の第３実施例を説明する図であり図２０はその上面図である。１枚の回転鏡３ａ，３ｂでカバーできない角度に投影するためにプロジェクター群４ａ，４ｂを回転軸線ｘを挟み対を成し設置し、それぞれのプロジェクター群４ａ，４ｂに対応した回転鏡３ａ，３ｂを上下に２枚一体的に設置し、回転鏡３に対応したスクリーン鏡２ａ，２ｂを配置する。
【００３３】
第３実施例においては上下の回転鏡３ａ，３ｂとスクリーン鏡２ａ，２ｂの配置は次の点に留意して行う、平面図でみると図１７で示すように、プロジェクター４ａから回転鏡３ａスクリーン鏡２ａを経てスクリーン１を照射し視域Ａａで像が観察できるようにするとともに、プロジェクター４ｂから回転鏡３ｂスクリーン鏡２ｂを経てスクリーン１を照射し視域Ａｂで像が観察できるようにする。また、垂直方向に見ると図１８に示すように、プロジェクター４ａから回転鏡３ａスクリーン鏡２ａを経てスクリーン１に照射された像とプロジェクター４ｂから回転鏡３ｂスクリーン鏡２ｂを経てスクリーン１に照射された像が一致し、かつ投影角θも一致するようにする。すなわち図１８において、視域Ａにプロジェクター４ａの投影角θと同じ角度同じ位置に投影するためにプロジェクター４ｂと回転鏡３ｂと回転鏡２ｂの煽り角度を調整する。こうすることで、視域が途切れることなく全周で観察できるようになる。なお、スクリーン鏡２ａ、２ｂは煽り角が違うため共用できない。
【００３４】
スクリーン鏡を共用できないので回転鏡３ａ、３ｂのそれぞれの角度は対応するスクリーン鏡２ａ、２ｂの設置位置によってきまる。スクリーンの効率から考えてスクリーンと対面する位置が理想であると考えられるので、そこより、の大きさ分ずれた角度Ψに設置することが考えられる。スクリーン鏡２ａとスクリーン鏡２ｂの設置角度ψは９０−Ψ度となる。
【００３５】
つまり、図１６および図１７のときは回転鏡３ｂの作用面積が小さいが回転鏡３ａは十分ある。このときはプロジェクター４ａ、回転鏡３ａスクリーン鏡２ａを用いてスクリーンに投影する。また、図１９および図２０のときは回転鏡３ａの作用面積が小さいが回転鏡３ｂは十分あるので、プロジェクター４ｂ、回転鏡３ｂ、スクリーン鏡２ｂを用いてスクリーンに投影する。このように回転鏡が作用できる大きさが十分である角度範囲（おおよそ１８０度）を２枚の回転鏡で分担することによって視域回転角にかかわらず全周で満足な像を提示することができる。
これにより第３実施例においては回転鏡３ａ、３ｂを上下に一体的に設置しているので、視域回転角が小さくとも全周に映像を表示することができる。図２１は回転鏡の作用範囲を説明する上面図である。おおよそプロジェクターと対面してから回転鏡が＋−４５度回転する範囲（スクリーンの回転角で＋−９０度）回転する範囲で分担する。図２１においてプロジェクター４ａが投影し回転に伴い視域をつくる範囲がＡ１ａとなり、プロジェクター４ｂが投影し回転に伴い視域をつくる範囲がＡ１ｂとなる。光を遮断し雑音が入らないためにアパーチャーを１８０度分開き回転することも考えられる。
【００３６】
第４実施例
スクリーンを傾けることを特徴とし、他の基本的な投影光学系は同じ構成となる。ただし、プロジェクターにおいて、スクリーンが光軸と垂直に設置できるので、傾いたスクリーン上で結像できるような特別な加工をする必要がなくなる。
図２２は第４実施例を説明する図である。光源４３から出た光をハーフミラー材（もしくわプリズム）４５を介し空間変調機４１に導かれる。空間変調機４１からの光が回転鏡３スクリーン鏡２で反射されスクリーン１に投影され視域Ａ内の任意の位置である観察位置６で像が観察できる。投影光を下部から煽り投影するため、スクリーンには角度を変える機能を待たせると観察しやすい。しかし、ホログラムスクリーンなどでは回折現象を用いるため回折角が大きくなると波長依存性が高くなり、観察される色味が変化してしまう。角度を変える機能を持たせずスクリーンを中心となる投影煽り角まで傾けることで観察像の画質の向上が考えられる。また、上部よりの観察に適しており見下ろして観察するような使用目的には優れていると考えられる。
【００３７】
第５実施例
円筒又は円錐又は半球上など回転軸線ｘに線対称となるスクリーンを用い、スクリーンは固定設置された特徴を持ち、投影光学系は実施例１〜３と同様となる。
指向性スクリーンの形状は平板以外の形状とすることができ、半球形や円錐形や円筒形や回転対称の形状にすることも可能である。そのような回転対称の形状で形成し視域回転角で投影されたときに視域を形成するように各部位の指向性を設計する。例えばホログラムスクリーンであれば視域回転角ごとに対応部位で多重記録をすればよい。
【００３８】
図２３は第５実施例を説明する図である。図２４は第５実施例を説明する上面図である。第５実施例では円筒状の指向性スクリーン１がその円筒中心軸が回転軸線ｘと一致して設けられ、一対のスクリーン鏡２ａ、２ｂがスクリーン下方に置いて回転軸線ｘをはさんで回転可能に設けられ、スクリーン鏡２ａ、２ｂの下方の回転軸線ｘ上に表裏両面の回転鏡３がスクリーン鏡２ａ、２ｂの１／２の回転速度で回転か可能に設けられている。回転鏡３の下方に回転軸線ｘをはさんで１対のプロジェクター４ａ、４ｂが回転鏡３に照射するように設けられている。図２４では省略したが、プロジェクター４ａ，４ｂの上下に煽り角の違うプロジェクターを設置し垂直視差を設ける。このような装置にすれば投影部位ごとに指向性スクリーンの作用が得られるので回転する必要がなくなる。また実施例２と同様にプロジェクターを増設しても良い。
第２実施例で説明したように見かけの注視点を回転によって変化しないように、視域光軸を回転軸線ｘ上で重なるように設定すればよい。垂直方向の視域光軸はプロジェクターの煽り角で調整し、水平方向の視域光軸はスクリーン鏡で調整すればよい。つまり、水平方向の配置は図２４のようにスクリーン鏡２をプロジェクター群４からの光線を回転軸線に再び反射できるように配置する。
このときもスクリーン鏡２を回転させ、その半分速度で回転鏡３を回転させればよい。そうすれば全周で投影像をスクリーンに表示できる。
また、回転鏡が表裏両面鏡面になっていることを利用し回転軸線ｘを挟み対にプロジェクター群を配置し、スクリーン鏡を２枚用いることによって投影間隔が半分にすることができる。プロジェクターの台数とスクリーン鏡の台数を増やせばそれだけ、投影間隔が短くなりフリッカーが回転速度に関係なく感じにくくできる。
【００３９】
これまで記述した実施例のスクリーンをホログラム光学素子で構成してもよい。そうすることで背景を明瞭に観察できる。
ホログラム光学素子は全ての光線を回折するわけでない。そのため背景となるスクリーン背面の光の一部は回折せずにそのまま透過する。そのため背景からの光がそのまま通過するので背景を明瞭に観察できる。透過型で透明の光学素子でスクリーンを形成しても、屈折や拡散を用いて光を制御する素子では、全ての光線が屈折の影響を受けるので実際の背景と異なる像となってしまう。回折のみで光を制御するホログラムのときのみ、背景を明瞭にていじすることが可能となる。つまり、背景の一部がそのまま透過することができ空間に浮かんで見えるような像提示ができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば水平方向垂直方向に視差（見る方向による変化）を持つ画像・映像を広範囲に表示し、しかも情報量を画像・映像の解像度落とすことなくコントロールできる。
請求項２の発明によれば請求項１の発明の奏する効果に加え、水平方向にプロジェクターとスクリーン鏡を増設することによって、投影間隔が短くなり、より自然で観察者に負担を減らすことができる。
請求項３の発明によれば請求項１または請求項２の発明の奏する効果に加え、全周で像を提示する視域の大きさの制限を排除することができる。
請求項４の発明によればスクリーンを回転させなくとも水平垂直視差（見る方向による変化）を持つ画像・映像を広範囲に表示し、しかも情報量を画像・映像の解像度落とすことなくコントロールして像を表示できる。
請求項５の発明によれば請求項１〜４の発明の奏する効果に加え、背景が明瞭に観察できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の映像表示装置の概略を説明する図
【図２】指向性スクリーンを説明する図
【図３】水平視差を説明する図
【図４】垂直視差を説明する図
【図５】ホログラムスクリーンの撮影方法を説明する図
【図６】ホログラムスクリーンの利用を説明する図
【図７】回転に伴う水平視差の提示を説明する図
【図８】回転に伴う水平視差の提示を説明する上面図
【図９】回転に伴う水平視差の提示を説明する図
【図１０】回転に伴う水平視差の提示を説明する上面図
【図１１】垂直視域を説明する側面図
【図１２】垂直視域差を説明する側面図
【図１３】第２実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す図
【図１４】第２実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す上面図
【図１５】スクリーン両面を使うことを説明する上面図
【図１６】第３実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す図
【図１７】第３実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す上面図
【図１８】第３実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す側面図
【図１９】第３実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す図
【図２０】第３実施例のスクリーンとスクリーン鏡の関係を示す側面図
【図２１】実施例３の回転鏡の作用範囲をする上面図
【図２２】請求項４説明する図
【図２３】第５実施例を説明する図
【図２４】第５実施例を説明する上面図
【符号の説明】
１指向性スクリーン
２スクリーン鏡
３回転鏡
４プロジェクター群
４１空間変調機
４２投影レンズ
４３光源
４４反射鏡
Ａ視域
Ｏ物体光
Ｒ参照光
６０拡散板
１１０レンズ
１１ホログラム乾板

Claims

スクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンよりも下方位置においてスクリーンと一体的に設置されたスクリーン鏡と、
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置されたプロジェクター群と
からなることを特徴とする映像表示装置。
スクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンよりも下方位置で回転軸線方向からの投影光がスクリーンに投影できるような角度でスクリーンの回転軸線の回りに間隔を開けてスクリーンと一体的に複数枚設置したスクリーン鏡と、
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置され、回転軸線からの距離が等しくスクリーン鏡と対応した角度の位置に左右複数群配置されたプロジェクター群と、
からなることを特徴とする映像表示装置。
スクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、垂直な回転軸線の回りに回転可能で、指向性を有しており、
投影光学系は、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置されたプロジェクター群が回転軸線を挟み対を成して設置されたプロジェクター群と
スクリーンの下方にスクリーンと同軸状に設置され、スクリーンの１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の２枚の回転鏡からなり一体的にそれぞれプロジェクター群に対応して上下に一体的に設置された回転鏡群と、
スクリーンよりも下方位置で且つ回転軸線から等しい距離の位置に対応した回転軸線方向からの投影光がスクリーンに投影できるような角度でスクリーンの回転軸線の回りに間隔を開けてスクリーンと一体的に複数枚設置したスクリーン鏡と
からなることを特徴とする映像表示装置。
スクリーンが回転軸線に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の映像表示装置。
スクリーンとそのスクリーンに投影する投影光学系から構成された映像装置において、
スクリーンは、固定設置されているとともに対称軸線の回りに形成された円筒、円錐、半円球およびその他の回転対称面の何れかの形状をし、指向性を有しており、
投影光学系は、
スクリーンの対称軸線と対面し、スクリーンよりも下方位置において対称軸と同軸の回転軸線のまわりを回転可能で回転軸線に常に対面する複数枚スクリーン鏡と
スクリーンの下方に回転軸線と同軸状に設置され、スクリーン鏡の１／２の回転速度で回転軸線の回りに回転可能な表裏両面が鏡面の回転鏡と、
斜め下方から回転鏡に投影するプロジェクターが上下に複数段に設置され、回転軸線からの距離が等しくスクリーン鏡と対応した角度の位置に左右複数群配置されたプロジェクター群と、
からなることを特徴とする映像表示装置。
スクリーンがホログラム光学素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の映像表示装置。