JP6019810B2 - 表示装置、撮影方法、および表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置、撮影方法、および表示方法に関する。

近年、立体的な画像を観察可能とする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置（３次元空中映像ディスプレイ装置）は、対称面となる幾何平面に対する面対称位置に被投影物の実像を結像可能な実鏡映像結像光学系と、その対称面の下面側に配置されて被投影物として映像を表示する表示面を備えたディスプレイと、対称面をこの対称面自体に対する垂直方向の成分を含む運動をするように動作させる駆動手段とを備える。そして、この装置は、駆動手段による対称面の動作と同期させて表示面に表示される映像を変化させることにより、その映像を対称面の上面側の空間に立体空中映像として結像させるように構成されている。

特開２００９−２２９９０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、実鏡映像結像光学系を往復運動させる構成のため、装置が複雑化したり、大型化したりするという課題がある。また、実鏡映像結像光学系を往復運動させるための動力が必要であり、往復運動させる際に騒音が発生する恐れもある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る表示装置は、投射画像を投射するプロジェクターと、前記投射画像が投射されるスクリーンと、互いに直交する２つの反射面を有する微小ユニットが複数配設されて板状に形成され、前記スクリーンを反射または透過する前記投射画像に対応する光が、一方側から入射して他方側の空間に空間像として結像させる結像素子と、を備え、前記スクリーンの投射面は、前記プロジェクターから投射される光の方向に奥行を有して３次元的に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、表示装置は、プロジェクターから投射され、スクリーンに投射された投射画像に対応する光が結像素子の一方側から入射し、結像素子の他方側（プロジェクターが配置されている側とは反対側）の空間に空間像として結像させる。これによって、結像素子の他方側を観察する観察者に、投射画像に対応する空間像を結像素子から浮かんで見せることができる。そして、スクリーンは、投射面が３次元的に形成されているので、空間像を立体的に認識させることが可能となる。したがって、プロジェクター、スクリーンおよび結像素子を備えるという簡素な構成で、自然に見える疑似的な立体画像の表示が可能となり、空間像を観察する観察者にインパクトを与え、電子看板や新たな利用形態の表示を提供できる表示装置が図れる。また、プロジェクター以外には、電力や可動する機構が不要なので、省エネルギー化や低騒音化を図って前述した効果を奏する表示装置が可能となる。

［適用例２］上記適用例に係る表示装置において、前記投射面は、前記結像素子と平行な平面での断面形状が両端より中央部が前記空間像を観察可能な側に突出するように形成されていることが好ましい。

この構成によれば、投射面は上述したように形成されているので、投射画像は、観察者側から見て中央部がその両側より手前に位置することとなる。これによって、結像素子で結像される空間像も中央部がその両側より観察者の手前になるので、この空間像を観察者に立体的に見せることが可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る表示装置において、前記投射面は、延出方向が互いに交差して並設される第１平面と第２平面とを有し、前記第１平面および前記第２平面の一方の端部側が前記両端側に位置し、前記第１平面および前記第２平面の他方の端部側が前記中央部に位置するように形成されていることが好ましい。

この構成によれば、スクリーンは上述したように形成されているので、投射画像が第１平面および第２平面に跨るように投射されることで、空間像は、第１平面、第２平面それぞれからの光が結像された空間像が接続されたものとなる。これによって、観察者は、この接続された空間像を両眼視差によって観察するので、空間像を立体的に認識することができる。また、観察者は、観察の視点を左右に移動すれば２つの面の見え方、つまり空間像の見え方も変わるので、空間像をより立体的に認識することが可能となる。

［適用例４］上記適用例に係る表示装置において、前記投射面は、前記第１平面と前記第２平面との間に曲面を有していることが好ましい。

この構成によれば、第１平面と第２平面とは、曲面を介して接続されているので、第１平面および第２平面に投射された投射画像を中央部で連続的変化させることができる。これによって、空間像も中央部で連続的に変化させることができるので、歪の少ない空間像とすることが可能となる。

［適用例５］上記適用例に係る表示装置において、前記投射面は、曲面状に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、投射面は、曲面状、例えば円筒形の側面を形成する曲面の一部等で形成されているので、観察者から見て投射画像を奥行方向に連続的に変化させることができる。よって、歪の少ない空間像とすることが可能となる。特に、この投射面の曲面に近似するような物体の空間像を表示させる場合には、より歪を抑えた空間像の提供が可能となる。

［適用例６］上記適用例に係る表示装置において、前記スクリーンは、前記プロジェクターから射出される光を反射する反射型であり、前記結像素子は、前記スクリーンに対し、前記プロジェクターが配置されている側とは反対側から前記空間像を観察可能とするように、前記スクリーンにて反射する光を結像することが好ましい。

この構成によれば、表示装置は、上述したように構成されているので、観察者から見てスクリーンの後ろ側にプロジェクターを配置する構成で空間像を表示することができる。よって、プロジェクターの存在を意識させずに空間像を観察させたり、観察者の行動範囲を制約することなく空間像を観察させたりすることが可能となる。

［適用例７］上記適用例に係る表示装置において、前記スクリーンは、前記プロジェクターから射出される光を透過する透過型であり、前記結像素子は、前記スクリーンに対し、前記プロジェクターが配置されている側と同一側から前記空間像を観察可能とするように、前記スクリーンを透過した光を結像することが好ましい。

この構成によれば、表示装置は、上述したように構成されているので、観察者から見てスクリーンの前側、つまり観察者と同一側にプロジェクターを配置する構成で空間像を表示することができる。よって、スクリーンの後ろ側にプロジェクターを配置するスペースがとれない場合等であっても、空間像を観察させることができる。

［適用例８］本適用例に係る撮影方法は、撮影対象を撮影した撮影画像に基づく空間像を、上記記載の表示装置によって表示させるために、前記撮影対象を撮影する撮影方法であって、前記撮影対象の奥行を認識可能とする部位を含めて撮影するように、撮影装置にて前記撮影対象を斜めから撮影することを特徴とする。

この構成によれば、物体や人物、動植物等の撮影対象を斜めから撮像するので、撮影画像に奥行感を持たせることができる。よって、この撮影画像を用いて、表示装置に表示させることで、撮影対象をより自然に見える立体的な空間像として表示することが可能となる。

［適用例９］上記適用例に係る撮影方法において、前記撮影対象の前記撮影装置と対向する側の、前記撮影装置に対して奥側となる部位を隠蔽して前記撮影対象を撮影することが好ましい。

投射画像は、投射面が３次元的に形成されていることにより、撮影画像に対して歪んだ像となる。特に、撮影対象の撮影装置と対向する側において、この撮影対象の奥側が凸状の形状を有している場合には、空間像は、撮影対象の凸状の形状に対応する部位が凹むような歪が生じてしまう場合がある。凸状となる部位が凹状になると、空間像は、歪がより強調されて認識されてしまう。
この構成によれば、歪が強調される恐れがある部位を隠蔽して撮影するので、空間像の顕著な歪を抑制してより自然な疑似的な立体像の表示が可能となる。

［適用例１０］本適用例に係る表示方法は、上記記載の撮影方法で撮影した撮影画像に基づく空間像を、上記記載の表示装置で表示する表示方法であって、前記撮影画像に対応する画像情報が入力される画像入力ステップと、前記画像情報を変換し、前記撮影画像とは反転する画像に対応する画像情報を出力する画像反転ステップと、前記画像反転ステップにて変換された画像情報に対応する光を前記プロジェクターにて投射する投射ステップと、を備え、前記画像反転ステップは、前記スクリーンが反射型の場合には、前記撮影画像を前記結像素子の法線方向および前記結像素子の平面方向に反転させるように、前記スクリーンが透過型の場合には、前記撮影画像を前記結像素子の法線方向に反転させるように、前記画像情報を出力することを特徴とする。

スクリーンが反射型の場合、観察者は、スクリーンに対し、プロジェクターが配置されている側とは反対側から空間像を観察するので、空間像は、投射画像に対し結像素子の法線方向および結像素子の平面方向に反転した像となる。この表示方法によれば、画像反転ステップにより、スクリーンには、撮影画像を結像素子の法線方向および結像素子の平面方向に反転した画像が投射されるので、空間像を撮影画像と同一の方向の像とすることができる。
また、スクリーンが透過型の場合、観察者は、スクリーンに対し、プロジェクターが配置されている側と同一側から空間像を観察するので、空間像は、投射画像に対し結像素子の法線方向に反転した像となる。この表示方法によれば、画像反転ステップにより、スクリーンには、撮影画像を結像素子の法線方向に反転した画像が投射されるので、反射型スクリーンを備えた場合と同様に、空間像を撮影画像と同一の方向の像とすることができる。
したがって、撮影画像を表示装置によって表示させる際に、表示装置を操作する操作者や空間像を観察する観察者に違和感を与えることなく空間像を認識させることができる。

第１実施形態における表示装置の概略構成を模式的に示す図。 第１実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示すブロック図。 第１実施形態のスクリーンを示す斜視図。 第１実施形態の結像素子を説明するための模式図。 第１実施形態における結像素子の模式図。 変形例における結像素子の模式図。 第１実施形態において、円柱の側面形状を表示させる際の、円柱の天面形状と投射画像との位置関係を説明するための模式図。 第１実施形態において、観察の視点を変えた際の空間像の見え方を説明するための模式図。 第１実施形態における撮影方法を説明するための模式図。 第１実施形態における撮影画像を示す模式図。 第１実施形態における投射画像を示す模式図。 第１実施形態における空間像を示す模式図。 第１実施形態における遮蔽部材を用いた撮影方法を説明するための模式図。 第２実施形態における表示装置の概略構成を模式的に示す斜視図。 第３実施形態における表示装置の概略構成を模式的に示す斜視図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態の表示装置は、疑似的な立体空間像の表示が可能に構成されている。
図１は、本実施形態の表示装置１の概略構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。なお、図１を含む以下に示す図面は、各構成要素を認識し易くするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示した図である。

表示装置１は、図１に示すように、プロジェクター２、スクリーン３、および結像素子４を備え、プロジェクター２がスクリーン３に投射した投射画像に対応する光を結像素子４にて結像させ、空間像として表示できるように構成されている。
〔プロジェクターの主な構成〕
図２は、プロジェクター２の概略構成を示すブロック図である。
プロジェクター２は、図２に示すように、画像投射部２０、制御部２１、記憶部２２、操作パネル２３、入力端子群２４、入力ソース選択部２５、画像処理部２６、ＯＳＤ処理部２７、電源回路２８、および光源制御部２９等を備えている。

画像投射部２０は、光源２０１、光変調装置としての液晶ライトバルブ２０２、投射レンズ２０３、ライトバルブ駆動部２０４等で構成されている。光源２０１は、放電型のランプを有して構成されている。画像投射部２０は、光源２０１から射出された光を、液晶ライトバルブ２０２にて変調し、変調した光を投射レンズ２０３から射出する。光源２０１としては、放電型に限らず、レーザーダイオード、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子、シリコン発光素子などの各種固体発光素子で構成してもよい。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、各種データ等の一時記憶に用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、記憶部２２に記憶されている制御プログラムにしたがって動作することによりプロジェクター２の動作を統括制御する。
記憶部２２は、マスクＲＯＭ（Read Only Memory）や、フラッシュメモリー、ＦｅＲＡＭ（Ferroelctric RAM：強誘電体メモリー）等の不揮発性のメモリーにより構成されている。記憶部２２には、プロジェクター２の動作を制御するための制御プログラムや、プロジェクター２の動作条件を規定する各種設定データ等が記憶されている。

操作パネル２３は、使用者からの入力操作を受け付ける操作部であり、使用者がプロジェクター２に対して各種指示を行うための複数の操作キーを備えている。
入力端子群２４は、ビデオ再生装置やパーソナルコンピューター、後述する撮影装置等の外部の画像出力装置から、各種形式の画像情報を入力可能な複数の入力端子２４ａを備えている。各入力端子２４ａに入力された画像情報は、入力ソース選択部２５に供給される。

入力ソース選択部２５は、複数の入力端子２４ａのうち、制御部２１の指示に基づく１つの入力端子２４ａを選択し、この入力端子２４ａに入力される画像情報を画像処理部２６に出力する。使用者が、操作パネル２３あるいはリモコン（図示省略）に備えられた切換キーを操作して所望の入力端子２４ａを指定すると、制御部２１は、この入力端子２４ａに入力されている画像情報が画像処理部２６に出力されるよう、入力ソース選択部２５に指示をする。

画像処理部２６は、入力ソース選択部２５から入力される各種形式の画像情報を、液晶ライトバルブ２０２の各画素の階調を表す画像情報、すなわち各画素に印加する駆動電圧を規定するための画像情報に変換する。さらに、画像処理部２６は、制御部２１の指示に基づいて、変換した画像情報に対して、明るさ、コントラスト、シャープネス、色合等を調整するための画像調整処理を行い、処理後の画像情報をＯＳＤ処理部２７に出力する。

ＯＳＤ処理部２７は、制御部２１の指示に基づいて、メニュー画像やメッセージ画像等のＯＳＤ（On Screen Display）画像を、入力画像上に重畳する処理を行う。ＯＳＤ処理部２７は、図示しないＯＳＤメモリーを備えており、ＯＳＤ画像を形成する図形やフォント等を表すＯＳＤ画像情報を記憶している。制御部２１がＯＳＤ画像の重畳を指示すると、ＯＳＤ処理部２７は、必用なＯＳＤ画像情報をＯＳＤメモリーから読み出し、入力画像の所定の位置にＯＳＤ画像が重畳されるように、画像処理部２６から入力される画像情報にこのＯＳＤ画像情報を合成する。ＯＳＤ画像情報が合成された画像情報は、ライトバルブ駆動部２０４に出力される。
また、ＯＳＤ処理部２７は、制御部２１からＯＳＤ画像を重畳する旨の指示がない場合には、画像処理部２６から出力される画像情報をそのままライトバルブ駆動部２０４に出力する。

ライトバルブ駆動部２０４が、入力される画像情報に従って液晶ライトバルブ２０２を駆動すると、液晶ライトバルブ２０２は、画像情報に応じて入射する光を変調する。そして、変調された光は、投射レンズ２０３からスクリーン３に投射される。

電源回路２８には、外部からＡＣ１００Ｖ等の商用電源が供給される。電源回路２８は、商用電源（交流電源）を所定の電圧の直流電源に変換して、プロジェクター２の各部に電力を供給する。
光源制御部２９は、制御部２１の指示に基づいて、光源２０１に対する電力の供給と停止とを制御し、光源２０１の点灯および消灯を切り換える。

〔スクリーンの主な構成〕
スクリーン３は、プロジェクター２から投射された光を反射する反射型で形成されている。スクリーン３は、図１に示すように、第１方向Ｄｉに沿って延出し、延出方向が互いに交差して並設される第１平面３１および第２平面３２を有している。具体的に、第１平面３１と第２平面３２とは、略直角で、隣り合う端部が接続されて形成されている。
スクリーン３は、第１平面３１がプロジェクター２側から見て右側に位置し、第２平面３２が左側に位置するように配置され、第１平面３１および第２平面３２は、プロジェクター２から投射された光が投射される投射面となる。

つまり、スクリーン３は、第１平面３１および第２平面３２の一方の端部側が投射面の両端側に位置し、第１平面３１および第２平面３２の他方の端部側が投射面の中央部に位置するように、また、結像素子４と平行な平面での断面形状が両端より中央部がプロジェクター２の反対側（空間像を観察可能な側）に突出するように形成されている。すなわち、スクリーン３の投射面は、プロジェクター２から投射される光の方向に奥行を有して３次元的に形成されている。

なお、スクリーン３の製造方法としては、第１平面３１を有する部材と第２平面３２を有する部材を接続して形成してもよく、１枚の部材を屈曲することにより第１平面３１および第２平面３２が設けられるように形成してもよい。
また、スクリーン３の第１平面３１と第２平面３２とが滑らかに接続されるように、図３に示すように、第１平面３１と第２平面３２との間に曲面３３を有し、この第１平面３１、第２平面３２、および曲面３３が投射面となるスクリーン３０を採用してもよい。

〔結像素子の構成〕
図４は、結像素子４を説明するための模式図であり、（Ａ）は、結像素子４の平面図、（Ｂ）は、結像素子４の一部を示す斜視図である。
結像素子４は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、所定の厚みを持った平面視矩形状のガラスなどの板材７に、光を透過させるための複数の四角柱状の開口部８が設けられたものである。
板材７は、互いに平行な２つの主面７ａ，７ｂを有し、一方の主面７ａ側から光を入射させ、他方の主面７ｂ側から光を射出させる。主面７ａ，７ｂに平行な平面であって、板材７の中心を通る仮想面を素子面Ｓとする。
開口部８は、素子面Ｓに垂直な方向から見て正方形に形成され、素子面Ｓに垂直な方向（第１方向Ｄｉ）に光を透過させる。なお、開口部８は空間であってもよいし、透明性の高い樹脂材料などが充填されていてもよい。

開口部８の４つの内壁面のうち、互いに直交する２つの内壁面には、例えば金属反射膜が形成されており、これら２つの内壁面が反射面９となっている。これら２つの反射面９は、いわゆる２面コーナーリフレクターを構成する。結像素子４は、図４（Ａ）に示すように、開口部８の内面が板材７の端面と平行に形成されている。そして、全ての開口部８において、２つの反射面９は同じ向きを向いている。なお、開口部８の４つの内壁面が全て反射面になっていてもよい。
このように、結像素子４は、第１方向Ｄｉに光を透過させ、互いに直交する２つの反射面９を有する微小ユニットが複数配設されて形成されている。

ここで、結像素子４の作用を説明する。
図５は、結像素子４の模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は一部の開口部８の平面図、（Ｅ）は一部の開口部８の側面図である。なお、結像素子４の素子面ＳをＸ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面に一致させ、素子面Ｓと直交する軸（第１方向Ｄｉに沿う軸）をＺ軸とした。また、結像素子４の一方側（図４（Ｂ）における７ａ側）から光が射出される点を点Ｐ、点Ｐからの光が結像素子４の反射面９に入射する点を点Ｔ、反射面９で反射された光が結像する点を点Ｑ、で表す。図５（Ｄ）、（Ｅ）は、点Ｔの近傍を拡大した図である。

上述したように、１つの開口部８における２つの反射面９は互いに直交している。そのため、図５（Ｄ）に示すように、一方の反射面９に入射した光は、９０度の角度で隣接した他方の反射面９で反射する。したがって、素子面Ｓと直交する方向（Ｚ軸方向）から見たときには、図５（Ｂ）に示すように、一般の再帰性反射材と同様、反射面９に入射した光は入射方向と同じ方向に反射する。すなわち、点Ｐおよび点ＱをＸＹ平面上に射影したとき、点Ｐの射影点と点Ｑの射影点とは一致する。一方、素子面Ｓと平行、かつ光入射面に直交する方向（点Ｐ、点Ｔ、点Ｑで作る三角形ＰＴＱの法線方向）から見たときには、図５（Ｅ）に示すように、光は２つの反射面９でそれぞれ反射し、図５（Ｃ）に示すように、通常の反射鏡を垂直に置いた場合と等価的に、反射面９に入射した光は入射角ａと同じ反射角ａで反射する。

このように、点Ｐから射出された光は、図５（Ａ）に示すように、点Ｔを経て点Ｑに向かう。一般に、点Ｐから射出された光はある程度の角度範囲内に拡散するため、結像素子４の点Ｔ以外の箇所にも入射する。ところが、点Ｔ以外の箇所に入射した光も同様に反射するため、拡散した全ての光が点Ｑに集束する。

上の説明では点Ｐからの光が結像される作用を説明したが、有限の大きさを持った場合でも同様に結像する。すなわち、素子面Ｓの一方側に位置する像は、素子面Ｓの他方側の空間における素子面Ｓに対する面対称位置に結像する。よって、点Ｐの周辺に立体物が存在した場合、点Ｑの周辺に、結像素子４の素子面Ｓに対して面対称な実像が立体像として生成される。なお、実像上の点Ｑを観察する場合、観察点と点Ｑとを結ぶ直線上からの光線を選択的に見ていることになり、両目で観察することで実像が空間に浮かんで見える。

また、結像素子４は、素子面Ｓと垂直な方向に貫通する開口部８を有しているため、結像素子４の素子面Ｓに対して垂直に入射した光は反射面９に入射することなく、そのまま直進する。

なお、結像素子４の具体例として、図４に示したものの他、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すものが挙げられる。
図６（Ａ）に示す結像素子１１は、両面もしくは片面が反射面となった金属もしくはガラスなどの複数の板材１２を互いに直交するように格子状に組み合わせたものである。板材１２の片面のみが反射面である場合には、全ての板材１２の反射面が観察方向を向くように板材１２を並べる必要がある。隣り合う板材１２の間の空間は空気が存在してもよいし、透明性の高い樹脂材料などが充填されていてもよい。

図６（Ｂ）に示す結像素子１３は、角柱状のガラス材料１４の長手方向の一面を鏡面として、鏡面が素子面と垂直で同じ方向を向くように複数のガラス材料１４を並べたものを２組作り、鏡面が互いに直交するように２組を積層したものである。

図１に戻って、結像素子４は、スクリーン３の上方に素子面Ｓが第１平面３１、第２平面３２と略直交するように配置される。そして、結像素子４は、反射面９が第１平面３１および第２平面３２と平行となるように、また、１つの開口部８における２つの反射面９がスクリーン３に対してプロジェクター２側となるように配置される。

〔空間像の表示〕
プロジェクター２から射出された光は、図１（Ｂ）に示すように、スクリーン３にて反射し、素子面Ｓに対して斜めから結像素子４の一方側に入射する。結像素子４に入射した光は、前述したように反射面９にて反射し、結像素子４の他方側に射出される。この結像素子４に入射する光は、前述したように、入射角と同じ角度の反射角で射出される。すなわち、スクリーン３に投射された投射画像３Ａに対応する光は、結像素子４の作用により、素子面Ｓの他方側の空間に空間像４Ａとして結像し、この空間像４Ａは、結像素子４から浮かんで見える。また、空間像４Ａは、素子面Ｓに対して投射画像３Ａと面対称、つまり、図１（Ｂ）の図面視において、投射画像３Ａに対し上下が反転した像となる。
そして、空間像４Ａは、図１に示すように、スクリーン３に対してプロジェクター２の反対側から観察可能となる。

空間像４Ａは、延出方向が互いに直交する第１平面３１、第２平面３２に投射された投射画像３Ａと対称に形成されるので、投射画像３Ａと同様に、観察者から見て、中央部がその両側より手前に位置するように結像する。つまり、空間像４Ａは、奥行を有する立体的な像として認識される。

具体的に、空間像４Ａが奥行を有して表示されることを、通常のスクリーン（投射面が１つの平面で形成されたスクリーン）を備えた表示装置の場合と比較して説明する。
図７は、円柱の側面形状を表示させる際の、円柱の天面形状と投射画像との位置関係を説明するための模式図である。具体的に、図７（Ａ）は、通常スクリーン３００を用いた場合の図、図７（Ｂ）は、本実施形態のスクリーン３を用いた場合の図である。なお、円柱形状と投影画像との位置関係を示すために、図７に円柱の中心を通る１５°間隔の分割線と側面とが交わる点からの仮想線を示す。

図７（Ａ）に示すように、通常スクリーン３００を用いた場合には、投射画像は、円柱の中央部から離れる程、仮想線の間隔は狭くなるが、奥行の情報が示されないので、平坦なものとなる。よって、通常スクリーン３００を備えた表示装置にて表示される空間像も平坦な像となる。

一方、図７（Ｂ）に示すように、本実施形態のスクリーン３を用いた場合には、投射画像は、中央部から離れる程、仮想線の間隔が狭くなると共、観察者側から見て奥側に投射される。よって、表示装置１によって表示される空間像も、中央部が観察者の手前に位置し、円柱の側面形状に近似する立体的な像となる。

さらに、通常スクリーン３００を備えた表示装置では、観察の視点を変えても空間像の見え方は変化しないが、本実施形態の表示装置１によれば、観察の視点を変えることで空間像の見え方が変化する。
図８は、観察の視点を変えた際の空間像の見え方を説明するための模式図であり、スクリーン３の断面と投射画像３Ａとの位置関係示す図である。具体的に、図８は、図７で示した円柱の側面形状を表示させる場合の図であり、（Ａ）は、視点がスクリーン３の中央部に対応する位置にある場合の図、（Ｂ）は（Ａ）の状態から視点を変えた場合の図である。なお、図８は、スクリーン３と投射画像３Ａとの位置関係を認識し易くするために、投射画像３Ａは、投射面の反対側から見た透視図である。また、図８には、図７と同様の仮想線を示す。

視点の中心がスクリーン３の中央部に対応する位置にある場合、図８（Ａ）に示すように、仮想線は、中央部から左右対称に、中央部から離れる程、間隔が狭くなる。そして、正面から第２平面３２側に視点を変えると、図８（Ｂ）に示すように、中央部は左寄りになり、仮想線は、図８（Ａ）の場合と比べて、第１平面３１側の間隔がより狭まったものとなり、第２平面３２側の間隔はより広がったものとなる。また、図８（Ａ）の場合と比べて、奥行が異なったものとなる。よって、空間像４Ａもこの投射画像３Ａに対応して、視点の移動に追従して見え方が変わり、空間像を立体的に認識することとなる。また、静止して観察する場合でも、両眼視差により同様に立体物として認識することができる。

なお、ここで例示した円柱側面の表示に対し、投射面が直角に隣接する第１平面３１、第２平面３２であるため、表示される空間像では形状の違いによる歪が生じる。しかし、円柱側面の接線方向と第１平面３１、第２平面３２の方向の違いは最大でも４５度程度であるために、前後が入れ替わるような大きな歪は生じない。また、円柱側面以外の形状を表示する場合であっても、おおよそ中央付近が最も前に出ており、周辺が中央付近よりも奥側に位置するような物体であれば、大きな歪が生じることなく、疑似的な立体像を表示することが可能である。
このように、本実施形態の表示装置１は、プロジェクター２で投射し、スクリーン３で反射した光を結像素子４で結像して空間像４Ａを表示することができる。

〔撮影方法および表示方法〕
ここで、物体や人物、動植物等の撮影対象を撮影した撮影画像に基づく空間像を表示装置１で表示させる際の撮影対象の撮影方法、および空間像の表示方法について説明する。なお、この表示装置１は、スクリーン３０（図３参照）を備えたものとする。
先ず、撮影装置を用いて物体を撮影する撮影方法について説明する。
図９は、本実施形態の撮影方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は撮影対象となる物体５の斜視図、（Ｂ）は、物体５および撮影装置（カメラ６）を示す図である。

物体５は、図９（Ａ）に示すように、異なる直径の円柱が中心軸を同軸として複数積層されたような形状で、天面５Ａおよび側面部５Ｂを有し、側面部５Ｂには複数の曲面５Ｃおよび段差部５Ｄが形成されている。
本実施形態のカメラ６は、物体５の奥行を認識可能とする部位を含めて撮影するように配置されている。具体的に、カメラ６は、図９（Ｂ）に示すように、物体５の天面５Ａおよび側面部５Ｂを含めて撮影できるように、物体５の上方斜めに配置されている（斜め配置状態）。なお、斜め配置状態における撮影画像と比較するために、図９（Ｂ）に示すように、物体５の側面部５Ｂに対向するようにカメラ６が配置された状態（正面配置状態）を二点鎖線で示す。

図１０は、カメラ６にて撮影された撮影画像を示す模式図であり、（Ａ）は正面配置状態のカメラ６から撮影された撮影画像６Ａａを示す図、（Ｂ）は、斜め配置状態のカメラ６から撮影された撮影画像６Ａｂを示す図である。
カメラ６が正面配置状態で物体５を撮影した場合には、図９（Ｂ）に示すように、曲面５Ｃのみが撮影されるので、撮影画像６Ａａは、図１０（Ａ）に示すように、長方形が複数積層されたような平面的な像となる。

一方、カメラ６が斜め配置状態で物体５を撮影した場合には、図９（Ｂ）に示すように、天面５Ａおよび側面部５Ｂが撮影されるので、撮影画像６Ａｂは、図１０（Ｂ）に示すように、天面５Ａ、曲面５Ｃおよび段差部５Ｄが撮影された斜視図的な像となる。

次に、カメラ６で撮影した撮影画像を表示装置１で表示させる表示方法について説明する。
プロジェクター２は、入力端子２４ａ（図２参照）を介してカメラ６と接続され、操作パネル２３あるいはリモコン（図示省略）が操作されると、入力端子２４ａから撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対応する画像情報が入力される（画像入力ステップ）。
そして、プロジェクター２は、入力端子２４ａから入力された画像情報を画像処理部２６（図２参照）にて変換する。具体的に、画像処理部２６は、撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対応する画像情報を、第１方向Ｄｉおよび第１方向Ｄｉに垂直な方向に反転（図１（Ｂ）の図面視における観察者から見て上下反転および左右反転）させた画像としてプロジェクター２から射出されるように、画像情報を変換して出力する（画像反転ステップ）。つまり、画像処理部２６は、撮影画像６Ａａ，６Ａｂが第１方向Ｄｉに直交する平面に対して反転した画像としてスクリーン３に投射されるように、入力される画像情報を処理する。換言すると、画像処理部２６は、撮影画像６Ａａ，６Ａｂを結像素子４（素子面Ｓ）の法線方向および結像素子４の平面方向に反転させるように、入力される画像情報を処理する。
そして、プロジェクター２は、画像処理部２６の処理に基づいて入射する光を変調して、投射レンズ２０３から射出する（投射ステップ）。

図１１は、スクリーン３０に投射された投射画像３Ａを示す模式図であり、プロジェクター２側から見た図である。具体的に、図１１（Ａ）は、カメラ６が正面配置状態で物体５を撮影した撮影画像６Ａａに基づく投射画像３Ａａを示す図、図１１（Ｂ）は、カメラ６が斜め配置状態で物体５を撮影した撮影画像６Ａｂに基づく投射画像３Ａｂを示す図である。

プロジェクター２は、撮影画像６Ａａ，６Ａｂを反転処理して投射するので、図１０、図１１に示すように、投射画像３Ａａ，３Ａｂは、撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対して上下反転および左右反転した画像となり、また、プロジェクター２側から見て、中央部が窪む、つまり観察側から見て、中央部が突出する画像となる。

図１２は、表示装置１によって表示された空間像４Ａを示す模式図であり、（Ａ）は、スクリーン３０に投射画像３Ａａが投射された場合の空間像４Ａａを示す図、（Ｂ）は、スクリーン３０に投射画像３Ａｂが投射された場合の空間像４Ａｂを示す図である。

結像素子４は、素子面Ｓを対称に投射画像３Ａに対応する光を結像するので、図１２に示すように、空間像４Ａａ，４Ａｂは、それぞれ投射画像３Ａａ，３Ａｂを上下反転した像となる。つまり、スクリーン３に対してプロジェクター２の反対側から観察する観察者にとって、空間像４Ａａ，４Ａｂは、撮影画像６Ａａ，６Ａｂと画像の向きが同一方向となるように表示される。

そして、空間像４Ａａにおいては、物体５の天面５Ａ、段差部５Ｄに対応する表示がないので、立体的に表示されるとはいうものの、自然な疑似立体像としては物足りない像となる。
一方、空間像４Ａｂにおいては、物体５の天面５Ａ、段差部５Ｄに対応する表示がなされているので、自然な疑似立体像となる。また、前述したように、空間像４Ａａ，４Ａｂは、観察の視点を変えると見え方が変わるので、特に空間像４Ａｂにおいては、より自然な疑似立体像の認識が可能となる。

なお、空間像４Ａｂは、図１２（Ｂ）に示すように、奥側の中央部（図面視における上側の中央部）が、凹状となり歪が強調されてしまうが、遮蔽部材を用いた撮影方法によって、その歪の強調の抑制が図れる。
図１３は、遮蔽部材６１を用いた撮影方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は、物体５、カメラ６および遮蔽部材６１を示す図、（Ｂ）は、物体５および遮蔽部材６１を示す平面図、（Ｃ）は、この撮影方法を用いた撮影画像を基に、表示装置１が表示した空間像４Ａｃを示す模式図である。

遮蔽部材６１は、例えば黒色の板材で形成され、物体５の一部を隠蔽して隠蔽した部位が撮影されないように形成されている。具体的に遮蔽部材６１は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、物体５における天面５Ａの上方、つまりカメラ６に対向する側で、カメラ６側から見て奥側となる位置に配置される。
すなわち、この撮影方法は、カメラ６と対向する側において、物体５のカメラ６に対して奥側となる部位を隠蔽して物体５を撮影する。

そして、この撮影方法によって撮影された撮影画像（図示省略）は、前述した表示装置１による表示方法によって、図１３（Ｃ）に示すように、空間像４Ａｃとして表示される。この空間像４Ａｃは、遮蔽部材６１によって隠蔽された部位に対応する部位が表示されずに、歪の強調が抑制された像となる。

以上説明したように、本実施形態の表示装置、撮影方法、表示方法によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の表示装置１は、プロジェクター２から投射され、スクリーン３で反射した光を結像素子４で結像して空間像４Ａを表示する。これによって、観察者に、投射画像に対応する空間像４Ａを結像素子４から浮かんで見せることができる。そして、スクリーン３は、投射面が３次元的に形成されているので、空間像４Ａを立体的に認識させることが可能となる。したがって、プロジェクター２、スクリーン３および結像素子４を備えるという簡素な構成で、自然に見える疑似的な立体画像の表示が可能となり、空間像４Ａを観察する観察者にインパクトを与え、電子看板や新たな利用形態の表示を提供できる表示装置１が図れる。また、プロジェクター２以外には、電力や可動する機構が不要なので、省エネルギー化や低騒音化を図って前述した効果を奏する表示装置１が可能となる。

（２）投射面（第１平面３１、第２平面３２）は、結像素子４に沿う平面での断面形状が両端より中央部が空間像４Ａを観察可能な側に突出するように形成されている。これによって、投射画像３Ａは、観察者側から見て中央部がその両側より手前に位置するので、空間像４Ａも中央部がその両側より観察者の手前になる。よって、空間像４Ａを観察者に立体的に見せることが可能となる。また、観察者は、観察の視点を左右に移動すれば、空間像４Ａの見え方も変わるので、空間像４Ａをより立体的に認識することが可能となる。

（３）スクリーン３０は、第１平面３１と第２平面３２との間に曲面３３が設けられているので、投射画像３Ａを中央部で連続的に接続させることができる。これによって、空間像４Ａも中央部で連続的に接続させることができるので、歪の少ない空間像４Ａとすることが可能となる。

（４）スクリーン３，３０は、反射型で形成されているので、観察者から見てスクリーン３，３０の後ろ側にプロジェクター２を配置する構成で空間像４Ａを表示することができる。よって、プロジェクター２の存在を意識させずに空間像４Ａを観察させたり、観察者の行動範囲を制約することなく空間像４Ａを観察させたりすることが可能となる。

（５）本実施形態の撮影方法は、撮影対象を斜めから撮像するように構成されている。これによって、撮影画像６Ａｂに奥行感を持たせることができるので、この撮影画像６Ａｂを用いて、表示装置１に表示させることで、撮影対象をより自然に見える立体的な空間像４Ａとして表示することが可能となる。
また、本実施形態の遮蔽部材６１を用いた撮影方法は、歪が強調される恐れがある部位を隠蔽して撮影するので、空間像４Ａｃの顕著な歪を抑制して、より自然な疑似的な立体像の表示が可能となる。

（６）本実施形態の表示方法は、画像反転ステップを備えているので、スクリーン３，３０には、撮影画像６Ａａ，６Ａｂを第１方向Ｄｉおよび第１方向Ｄｉに垂直な方向に反転した画像が投射される。よって、空間像４Ａａ，４Ａｂを撮影画像６Ａａ，６Ａｂと同一の方向の像とすることができるので、表示装置１を操作する操作者や観察者に違和感を与えることなく空間像４Ａａ，４Ａｂを認識させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る表示装置１０について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態の表示装置１と同様の構造および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図１４は、本実施形態の表示装置１０の概略構成を模式的に示す斜視図である。表示装置１０は、図１４に示すように、第１実施形態の表示装置１におけるスクリーン３と形状の異なるスクリーン１３０を備えている。

スクリーン１３０は、第１実施形態の表示装置１におけるスクリーン３と同様に、反射型で構成されている。スクリーン１３０の投射面は、図１４に示すように、第１方向Ｄｉに沿って延出する曲面状、例えば円筒形の側面を形成する曲面の一部等で形成されている。つまり、スクリーン１３０の投射面は、プロジェクター２から投射される光の方向に奥行を有して３次元的に形成されている。

本実施形態の表示装置１０によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態のスクリーン１３０は、投射面が前述したように形成されているので、観察者から見て投射画像を奥行方向に連続的に変化させることができる。よって、歪の少ない空間像とすることが可能となる。特に、この投射面の曲面に近似するような物体の空間像を表示させる場合には、より歪を抑えた空間像の表示が可能となる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態に係る表示装置１００について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態の表示装置１と同様の構造および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図１５は、本実施形態の表示装置１００の概略構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態の表示装置１００は、スクリーン２３０が透過型で形成され、図１５に示すように、プロジェクター２が空間像を観察する観察側に配置されている。この透過型のスクリーン２３０は、プロジェクター２から射出される光が透過する。

スクリーン２３０は、第１実施形態のスクリーン３と同様の形状を有し、突出している側の外面が投射面（第１平面２３１、第２平面２３２）として構成されている。
そして、詳細な図は省略するが、プロジェクター２から射出された光は、スクリーン２３０を透過し、素子面Ｓに対して斜めから結像素子４の一方側に入射する。結像素子４に入射した光は、反射面９にて反射し、図１５に示すように、素子面Ｓの他方側の空間に空間像４Ａとして結像する。そして、空間像４Ａは、スクリーン２３０に対してプロジェクター２が配置されている側と同一側から観察可能となる。
また、空間像４Ａは、投射画像３Ａに対し、第１方向Ｄｉに反転した像となる。つまり、空間像４Ａは、観察者から見て、投射画像３Ａに対し、上下反転した像となる。

そして、第１実施形態で説明した撮影方法によって撮影された撮影画像を本実施形態の表示装置１００にて表示させる表示方法では、画像処理部２６は、第１実施形態で説明した画像反転ステップとは異なる処理を行う。
すなわち、本実施形態の表示方法において、画像処理部２６は、カメラ６にて撮影された撮影画像に対応する画像情報を第１方向Ｄｉに反転させた画像としてプロジェクター２から射出されるように画像情報を変換して出力する（画像反転ステップ）。つまり、画像処理部２６は、撮影画像が第１方向Ｄｉに直交する平面を対称に反転した画像としてスクリーン２３０に投射されるように、入力される画像情報を処理する。そして、スクリーン３に対してプロジェクター２と同一側から観察する観察者にとって、空間像４Ａは、撮影画像と画像の向きが同一方向となるように表示される。なお、画像処理部２６は、操作パネル２３やリモコンの操作によって、制御部２１の指示の基、スクリーンが反射型か透過型かに対応した画像情報の変換処理を行う。

本実施形態の表示装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。
表示装置１００は、スクリーン２３０が透過型で形成されているので、観察者から見てスクリーン２３０の前側、つまり観察者と同一側にプロジェクター２を配置する構成で空間像４Ａを表示することができる。よって、スクリーン２３０の後ろ側にプロジェクター２を配置するスペースがとれない場合等であっても、空間像４Ａを観察させることができる。

（変形例）
なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
前記第１実施形態におけるスクリーン３，３０は、第１平面３１と第２平面３２とが略直角となるように形成されているが、中央部が空間像を観察可能な側に突出するように形成されていれば、直角以外であってもよい。

前記実施形態では、投射面は、第１方向Ｄｉに沿って延出するように形成されているが、この第１方向Ｄｉにおいても凸状や凹状となるように構成してもよい。例えば、第１実施形態におけるスクリーン３，３０において、第１平面３１、第２平面３２に凸状や凹状となる部位を設けてもよく、第２実施形態における曲面上に凸状や凹状となる部位を設けてもてもよい。

また、例えば、レーザー等を利用した３次元測定器等で撮影対象を測定し、この測定データに基づいて投射面を３次元的に形成してもよい。この態様によれば、形状がある程度決まった対象を表示させる態様において、その対象に近似させることができるので、より自然な立体的な空間像の表示が可能となる。

前記実施形態のスクリーン３，３０，１３０，２３０は、投射面が第１方向Ｄｉに沿って延出、つまり素子面Ｓに対して直角になるように配置されているが、素子面Ｓに対して傾斜するように配置してもよい。

前記実施形態では、カメラ６を入力端子２４ａに接続して、撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対応する画像情報をプロジェクター２に出力するように構成されているが、記憶装置を用いた構成にしてもよい。すなわち、カメラ６が撮影した撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対応する画像情報を記憶装置に保存し、この記憶装置をプロジェクター２に設けられた入力部（図示省略）に挿入して、プロジェクター２が撮影画像６Ａａ，６Ａｂに対応する画像情報を読み込むように構成してもよい。

前記実施形態の光変調装置は、液晶ライトバルブ２０２を用いているが、マイクロミラーを用いたデバイス等を使用したものであってもよい。

１，１０，１００…表示装置、２…プロジェクター、３，３０，１３０，２３０…スクリーン、３Ａ，３Ａａ，３Ａｂ…投射画像、４，１１，１３…結像素子、４Ａ，４Ａａ，４Ａｂ，４Ａｃ…空間像、５…物体、６…カメラ、６Ａａ，６Ａｂ…撮影画像、８…開口部、９…反射面、３１，２３１…第１平面、３２，２３２…第２平面、３３…曲面、６１…遮蔽部材、２０１…光源、２０２…液晶ライトバルブ、２０３…投射レンズ、３００…通常スクリーン、Ｄｉ…第１方向。

Claims (8)

1. 撮影対象を撮影した撮影画像に基づく空間像を、表示装置によって表示させるために、前記撮影対象を撮影する撮影方法であって、
   前記表示装置は、
   投射画像を投射するプロジェクターと、
   前記投射画像が投射されるスクリーンと、
   互いに直交する２つの反射面を有する微小ユニットが複数配設されて板状に形成され、前記スクリーンを反射または透過する前記投射画像に対応する光が、一方側から入射して他方側の空間に空間像として結像させる結像素子と、
   を備え、
   前記スクリーンの投射面は、前記プロジェクターから投射される光の方向に奥行を有して３次元的に形成され、
   前記撮影対象の前記撮影装置と対向する側の、前記撮影装置に対して奥側となる部位を隠蔽し、前記撮影対象の奥行を認識可能とする部位を含めて撮影するように、撮影装置にて前記撮影対象を斜めから撮影することを特徴とする撮影方法。
2. 請求項１に記載の撮影方法であって、
   前記投射面は、前記結像素子に平行な平面での断面形状が両端より中央部が前記空間像を観察可能な側に突出するように形成されていることを特徴とする撮影方法。
3. 請求項２に記載の撮影方法であって、
   前記投射面は、延出方向が互いに交差して並設される第１平面と第２平面とを有し、前記第１平面および前記第２平面の一方の端部側が前記両端側に位置し、前記第１平面および前記第２平面の他方の端部側が前記中央部に位置するように形成されていることを特徴とする撮影方法。
4. 請求項３に記載の撮影方法であって、
   前記投射面は、前記第１平面と前記第２平面との間に曲面を有していることを特徴とする撮影方法。
5. 請求項２に記載の撮影方法であって、
   前記投射面は、曲面状に形成されていることを特徴とする撮影方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の撮影方法であって、
   前記スクリーンは、前記プロジェクターから射出される光を反射する反射型であり、
   前記結像素子は、前記スクリーンに対し、前記プロジェクターが配置されている側とは反対側から前記空間像を観察可能とするように、前記スクリーンにて反射する光を結像することを特徴とする撮影方法。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の撮影方法であって、
   前記スクリーンは、前記プロジェクターから射出される光を透過する透過型であり、
   前記結像素子は、前記スクリーンに対し、前記プロジェクターが配置されている側と同一側から前記空間像を観察可能とするように、前記スクリーンを透過した光を結像することを特徴とする撮影方法。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の撮影方法で撮影した撮影画像に基づく空間像を、表示装置に表示する表示方法であって、
   前記撮影画像に対応する画像情報が入力される画像入力ステップと、
   前記画像情報を変換し、前記撮影画像とは反転する画像に対応する画像情報を出力する画像反転ステップと、
   前記画像反転ステップにて変換された画像情報に対応する光を前記プロジェクターにて投射する投射ステップと、
   を備え、
   前記画像反転ステップは、
   前記スクリーンが反射型の場合には、前記撮影画像を前記結像素子の法線方向および前記結像素子の平面方向に反転させるように、前記スクリーンが透過型の場合には、前記撮影画像を前記結像素子の法線方向に反転させるように、前記画像情報を出力することを特徴とする表示方法。

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