JPH06509885A - 三次元的結像を発生させるための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 三次元的結像を発生させるための装置 本発明は、三次元的結像を発生させるための装置に関する。

本発明は、観察者にとって三次元的結像を装置の前方で自由に空間中で浮遊させ ているように見せ、ひいては実際の対象または人物と組合せることができるよう に、前記のような装置を形成させるという課題を基礎どする。更に、本発明は、 自由に空間中で浮遊する三次元的結像を発生させるという課題を基礎とし、この 場合この結像は、ある程度の範囲内で拡大することもできるし、縮小することも でき、かつ実際の対象またはヒトの場合に上で遮蔽することもできるし、この実 際の対象またはヒトを透過することもできる。

本発明による装置は、２個の対向して配置された凹面鏡によって特徴付けられ、 この場合には、後部凹面鏡の少なくとも１つの部分領域は、前部凹面鏡の前方に ある確定された観察者空間から覗き込むことができ、前部凹面鏡は、投影すべき か、自己照射すべきか、または発光される対象を、２個の凹面鏡の間で反射され る、対象から来る光路を介して後部凹面鏡の観察空間から覗き込むことができる 部分領域内で目視可能であるように配置されている。

観察者から特に後部凹面鏡の付近に配置されている投影すべき対象は、前部凹面 鏡内で反射され、かつ観察者によって覗き込むことができる後部凹面鏡上に投写 される。第１の反射の歪みは、同じ曲率半径を有する第２の凹面鏡によって相殺 され、画像は観察者に鮮鋭に見え、かつ観察者にとって著しい距離をもって後部 凹面鏡の表面前方で結像する。

凹面鏡は、簡単に楕円形または放物線形に形成されていてもよい。特に歪みのな い結像は、同じ曲率半径を有する２つの球状凹面鏡を使用する場合に生じる。

凹面鏡が中心点が軸線上にある球冠（Ｋｕｇｅｌｋａｐｐｅ）の形を有し、かつ 投影すべき対象がこの軸線の範囲内で観察者より後方にある凹面鏡の付近に配置 され、その際前部凹面鏡内で軸線の範囲内で目視開口が存在する場合には、三次 元的結像を錐面形の範囲内で全面から目視することができる。１つの装置そのも のを用いた場合には、例えばンヨーウィンドゥ中もしくは建造物または大勢の見 物人の居る公共の場所での宣伝表現を呈示することができる。

装置の寸法決定に応じて、観察者に目視可能な空間は、対象がその中に移動する ことができるような大きさに設計することができる。こうして、アニメーション 化された対象または生き生きとした人物を投影することができ、かっこの装置は 、全ての種類のンヨーまたは劇場の公演ならびに映画撮影の特殊効果に利用する ことかできる。

凹面鏡の位置を互いに変えること、例えば軸線方向への移動または２つの凹面鏡 の中の１つの旋回によって、三次元的結像の拡大または縮小が生じる。凹面鏡の 表面を互いに離して移動させる場合には、結像はある程度の範囲内で拡大させる ことができ、凹面鏡の表面を相次いで引き連れる場合には、結像は縮小する。

また、対象を移動させることによって類似の効果を達成することができる。対象 が前部凹面鏡の表面に向かって移動する場合には、対象は拡大するように見え、 対象がこの表面から離れて移動する場合には、対象は縮小するように見える。

この大きさの変化により結像が妨害されて歪められないようにするために、凹面 鏡の周率半径は、十分に大きくなるように選択することができる。他面、この拡 大および縮小は、ンヨー効果の達成のために利用することができる。

観客が舞台の前方の一定の角度範囲内にのみ存在しているような劇場内または演 奏会場で前記装置を使用するためには、この装置の凹面鏡が球冠の部分領域のみ を形成することで十分である。それによって、装置の建築空間は著しく減少され 、この建築空間は殊に人物の結像にとって望ましい大きさである。この凹面鏡の 縁部領域には黒色の壁面が接続され、この壁面は、凹面鏡と一緒に本質的に閉鎖 空間を形成し、したがつて観察者には、凹面鏡を介しての支障ある反射は投射さ れない。凹面鏡が油圧シリンダーまたは他の駆動手段により拡大効果および縮小 効果の利用のために互いに移動可能であるかまたは旋回可能である場合には、こ の壁面は、帽状に一緒に移動するかまたは純粋に軸方向への移動もしくは純粋な 旋回の際に凹面鏡は、複数の凹面鏡が全ての位置で密接に壁面に接するように構 成されている。

それ自体発光しない投影すべき対象を照らす光源は、観察者から装置の前方範囲 内でかまたは観察者にとって目視不可能な装置の範囲内で、例えば直接に目視開 口の周囲でかまたは凹面鏡の縁部範囲内で配置されていてもよい。対象は、直接 ならびに反射により凹面鏡に投射されることができる。例えば光線の幅、色、形 および方向を制御することができる投影機またはレーザー光の場合に光源を選択 することによって結像は異種のものにすることができるが、しかしまた結像の品 質にも影響を及ぼすことができる。最も鮮鋭な表示は、干渉性の白色レーザー光 を用いて照らすことによって生じる。レーザー光の方向を変えることができかつ コンピューター制御可能であるスキャナー中にレーザー光源を取り付ける場合に は、前記効果以外にレーザー−ノヨー効果を前記装置を用いて発生させることが できかつ投影させることができる。

実際の対象およびヒトの結像の投射とともに、勿論、画像スクリーン上の表示も 投射することができる。

結像を平地にいる観客に投射するための装置は、著しく傾斜させなければならな いので、投影すべき対象を平地の上に配置しかつ平面鏡により投影装置中に反射 させることは重要なことでもある。

投影装置を観客による直視前に隠蔽することは好ましい。このために、観客から 投影装置の前方に半透明のスクリーンを配置することができる。対象は、観客が 半透明のスクリーンを通して三次元的結像を目視することができるようにするた めに、十分に強力に発光されなければならない。装置の外面ならびに凹面鏡は、 これら装置および凹面鏡が半透明のスクリーンを通して目視不可能であるように するためにできるだけ暗色に維持される。投影装置の最も効果のある被覆は、半 透明のスクリーンが縁部範囲内で不透過性でありかつこの半透明のスクリーンの 透明度が内向きに連続的に増大する場合に生じ、したがワてこの半透明のスクリ ーンの最大の透明度は、目視開口の領域内にある。

半透明のスクリーンは、目視開口と、三次元的結像が存在すべきと思われる結像 領域との間に存在することができるか、または結像領域内に存在することができ る。第２の場合には、三次元的結像は、半透明のスクリーンによって形成された 壁面を透過するものと思われる。

半透明のスクリーンが鏡面反射した場合には、三次元的結像は、鏡面反射した背 景、例えば暗色の観客空間の前方に生じるが、しかしこの三次元的結像それ自体 は、鏡面像をこのスクリーン内に発生させない。

半透明のスクリーンが鏡面反射しない場合には、このスクリーン上に投影機を用 いて、三次元的結像と組合せ可能な画像または映画を投射することができる。

この場合、投影機および投射すべき対象の光の強さは、画像または映画ならびに 三次元的結像が観客にとって明らかに目視可能であるように互いに定めることが できる。

本発明の池の特徴は、請求の範囲および次の図面の記載から明らかである。

次に、本発明の多数の実施例を詳説する。図面は、第１図に本発明による装置の 実施態様の透視図を示し第２図に劇場内に組み込まれている装置の他の実施態様 の側面図を示し、 第３図に互いに旋回可能な凹面鏡を有する第３の実施態様の側面図を示し、 第４図に第３図からの前部凹面鏡の下面図を示し、第５図に半透明のスクリーン を有する実施態様の側面図を示す。

記載された図面は、装置の機能原理の説明に使用されるものであり、尺度的には 不正確なものである。殊に、投射すべき対象と、凹面鏡の曲率と、凹面鏡の間の 距離との割合は、全ての具体的な使用目的に適合させることができる。

第１図に示された装置は、２個の半球状の凹面鏡２．３からなり、この中で観察 者から見て、前部凹面鏡２は、目視開口６を備えている。観察者は、錐面状に制 限された角度領域内で後部凹面鏡３の環状領域を目視することができ、この環状 領域内で装置中に導入された対象５は、前部凹面鏡２により反射される。２個の 凹面鏡２．３が同じ曲率半径を有することによって、鏡面反射の収差は、互いに 相殺される。球状の凹面鏡内での二重の鏡面反射によって、観察者には、対象５ の三次元的画像１が生じ、この画像は、後部凹面鏡３から著しい距離をもって目 視開口６の範囲内で存在するように見える。凹面鏡２．３の形状の品質および鏡 面反射の品質に相応して、画像は、絶対に実際のもののように見える。この場合 、下部凹面鏡３の表面付近で回転軸線７の範囲内に存在する対象５の結像は、歪 みがない程度に良好に見える。例えば、軸線７の範囲内で凹面鏡３の表面上に存 在する貨幣は、観察者にとって目視開口６で自然の割合で見えるものと思われる 。

発生された三次元的画像１を実際の対象と組合わせた場合には、目視開口６はガ ラス板８で覆うことができ、このガラス板上には、実際の対象をもたらすことが できる。

例えば俳優のようなより大きい対象のできるだけ歪みのない結像のために、本発 明の第２図に示された実施態様が使用される。凹面鏡１２．１３は、１０〜２０ ｍｍの範囲内の曲率半径を有する。装置を建築的に劇場またはコンサート会場内 に組み込むことができるようにするために、球の腹部の領域は、凹面鏡１２．１ ３を形成する球冠から取り除かれる。この場合、凹面鏡１２．１３は、半球の上 部もしくは下部のほぼ部分の−を形成し、したがって球の半径が１０ｍである場 合には、６ｍの互いに重なり合った凹面鏡１２．１３の最大の拡大部が生じる。

第２図は、投射すべき対象５′を撮影するための舞台１６を示す。舞台１６の観 察空間４′から目視不可能な部分は、支障ある光線が輻射されないようにするた めに特に暗色に形成することができる。舞台１６の観察空間４′の目視領域ない にある範囲は、反射を損なわないようにするために透過性に形成することができ る。装置の使用目的に応じて、この舞台１６は、適当な駆動手段により旋回可能 であるが、回転可能であるか、移動可能であるか、または昇降可能である。

前部凹面鏡１２を支持台架１４により転向させる油圧シリンダー１５は、凹面鏡 １２．１３の間の軸線方向の間隔を変化させることができ、それによって射映１ ′の大きさは変動することができる。

観察者にとって射映１′が立っているように見える範囲内にある目視開口６′は 、舞台１７中に組み込まれている。三次元的結像１′を実際の対象と自由に組み 合わせることができるようにするために、舞台１７の一部は、目視開口６′内に 達している。この部分は、三次元的結像１′が生じる後部凹面鏡１３の領域が覆 われることがないようにするために、透過性に形成されている。

目視開口６′に対して観察空間４′内には観客席１９が存在する。

観客空間・４′内の全ての観客にとって三次元的結像１′が目視可能になるよう にするために、全装置は、水平線方向に対して傾斜することができる。観客席１ ９が平面状に形成されていればいるほど、垂直方向に対する凹面鏡１２．１３の 回転軸線７′の傾斜は大きくなる。従って、装置を一般的に使用すべき場合には 、この傾斜を変動させることができる、機械的または液圧的手段を設けることが できる。

目視間１」６′　付近の範囲内には、観客にとって後部凹面鏡１２の後方に光源 ２０が配置されている。この光源を用いた場合には、直接的にかまたは反射によ り、没ｑ」すべき対象５′を照らすことができる。

劇場内でノリンダ胴状の観察空間４′の一部のみが観客で満たされており、した がって観客に対向する後部凹面鏡１３の部分のみを覗き込むことができ、この後 部凹面鏡部分により前部凹面鏡１２の観客から見て後方部分内で反射が目視可能 であるので、投影装置の前方部分は不用であることができる。

第３図は、球冠の部分領域のみが凹面鏡２２．２３を形成しているような装置の 実施態様を示し、第４図は、凹面鏡２２の下面図を示す。

凹面鏡２２．２３の覗き込むことができない部分を取り除くことによって、なお もう一度建築規模は縮小される。この実施態様の凹面鏡２２．２３は、軸線２５ を中心に旋回可能に転向されている。支持台架１４′の支持体２６には、ローブ ウィンチ２７が配置されており、このローブウィンチのロープ２８は、前部凹面 鏡２２に固定されている。このローブウィンチを用いて、前部凹面鏡２２は、後 部凹面鏡２３と相対的に傾斜させることができる。それによって、三次元的結像 １″の既に記載された拡大効果および縮小効果が生じる。この結像の歪みは殆ど 起こらない。それというのも、２個の凹面鏡は、全ての点で同じ曲率半径を有す るからである。

投射すべき対象上への観察空間４″からの直視を隠蔽するために、目視開口６″ の前方範囲内には目視絞り２４が配置されている。

光源２０′は、この装置の場合には、前部凹面鏡２２の縁部領域内に配置されて いる。

球冠の凹面鏡を形成する部分領域は、使用する場合に応じてなおさらに縮小させ ることができる。前部凹面鏡２２の第４図に示された下面図には、球冠部分２９ が点線で記入されており、この球冠部分は、例えば観察者が本質的に直接対向し て存在する装置に使用することができる。第４図中で二点鎖線で記入された部分 領域３０は、確定された観察点からのみ、例えば映画撮影の場合にカメラの位置 を覗き込むことができなければならない装置に適当である。第２図および第３図 からの装置の凹面鏡１２．１３．２２．２３の間の開いた領域は、支障のある光 の入射を阻止するために特に暗色の壁面材料（図面中には示されていない）で閉 鎖することができる。このために、光透過性の黒色材料からなる幌類似の装置が 適当であるが、しかし凹面鏡１２．１３．２２．２３が多数の自由度を互いに有 しない場合には、堅牢な黒色の壁面が適当である。

勿論、投影は、堅固な対象に限定されるされるだけでなく、運動する生きている かまたはアニメーンヨン化された対象も投影することができる。この場合には、 投影装置は、対象の期待すべき運動空間上に設計することができる。

更に、画像スクリーン上に投影された表示、例えばテレビジョン映像、スライド 、映画またはレーザー映像は、投影系により結像させることもできる。水平方向 に配置された観客に対して結像を投影するための装置の場合に装置の軸線７．７ ’　、７″の傾斜角度が著しく大きい場合には、水平方向の舞台上にいる対象は 、軸線７．７′、７″の範囲内で後部凹面鏡３．１３．２３の付近に配置されて いる平面鏡により装置内に反射することもできる。

最適な結像の品質を達成するためには、凹面鏡の球状形は正確であることが１つ の前提である。更に、凹面鏡は表面で球面反射される。それというのも、対象と 凹面鏡表面との間の付加的に透明な層によって、二重の鏡面反射、干渉および歪 みが生じうるからである第５図は、実際の対象および人物のための舞台１７と、 装置上への観察空間４″からの直視を隠蔽する半透明のスクリーン３１とを組合 わせた場合の第３図がらの装置を示す。半透明のスクリーン３１は、天井と舞台 １７との間に張設されていてもよい。

半透明のスクリーン３１の」ニガの縁部領域３２は、細かいハツチングで示され ているように不透過性である。スクリーン３１の透明度は、内向きに増大し、し たがってスクリーン３１の最大の透明度は、目視開口６″の前方範囲内にある。

投影すべき対象は、光源２０′から十分な強さで照らされなければならず、した がって三次元的結像１″は、スクリーン３１を通して目視可能になる。

スクリーン３１の前方には、映写機３３が配置されており、この映写機は、映像 を装置の目視開口６″の範囲内でスクリーン３１上に投影する。装置中で投影す べき対象の光の強さは、映写機３３によって投影される画像の光の強さよりも強 く、この場合には、三次元的結像は、投影された画像の前方に存在するように見 える。

参照符号のりスト： １．１’　、１″　三次元的結像 ２　前部凹面鏡 ３　後部凹面鏡 ４．４’　、４”　観察空間 ５．５′　対象 ６．６’　、６″　目視開口 １２　前部凹面鏡 １３　後部凹面鏡 １４．１４′　支持台架 １５　油圧シリンダ １９　観客席 ２０．２０′　光源 ２２　前部凹面鏡 ２３　後部凹面鏡 ２４　目視絞り ２５　軸線 ２６　支持体 ２７　ローブウィンチ ２９　部分領域 ３０　部分領域 ３１　半透明のスクリーン ３２　縁部領域 ３３　投影機 ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４　６”　２２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象（５、５′）の三次元的結像（１、１′、１′）を発生させるための装 置において、２個の対向して配置された凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２ ３）を備え、この場合後部凹面鏡（３、１３、２３）の少なくとも１つの部分領 域は、前部凹面鏡（２、１２、２２）の前方に存在する確定された観察空間（４ 、４′、４′′）から覗き込むことができ、前部凹面鏡（２、１２、２２）は、 投影すべきか、自己照射すべきか、または発光される対象を、２個の凹面鏡（２ 、３、１２、１３、２２、２３）の間で反射される、対象から来る光路を介して 後部凹面鏡（３、１３、２３）の観察空間（４、４′、４′′）から覗き込むこ とができる部分領域内で目視可能であるように配置されていることを特徴とする 、三次元的結像を発生させるための装置。 ２．凹面鏡は球状でありかつ同じ曲率半径を有する、請求項１記載の装置。 ３．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）が存在する球面の中心点は本質 的に軸線（７、７′、７′′）上に配置されている、請求項１または２に記載の 装置。 ４．凹面鏡（２、３、１２、１３）は球冠の形を有し、この場合前部凹面鏡（２ 、１２）は、回転軸（７、７′）の範囲内に目視関口（６、６′）を有し、かつ 対象（５、５′）は、後部凹面鏡（３、１３）の回転軸（７、７′）の範囲内に 配置されている、請求項１、２または３に記載の装置。 ５．凹面鏡（１２、１３）の曲率半径は投影すべき対象（５、５′）の最大の拡 大部よりも少なくとも５倍大きく、凹面鏡（１２、１３）を形成する球冠の高さ は、この拡大部よりも少なくとも１．２倍大きく、球冠の直径は、この拡大部よ りも少なくとも６倍大きく、かつ目視開口（６′）の直径は、この拡大部よりも 少なくとも１．５倍大きい、請求項４記載の装置。 ６．凹面鏡（１２、１３）の曲率半径および球冠直径は１０〜２０ｍであり、球 冠の高さは２〜４ｍであり、かつ目視開口（６′）の直径は４〜６ｍである、請 求項５記載の装置。 ７．凹面鏡（２２、２３、２９、３０）は球冠の一部である、請求項１から６ま でのいずれか１項に記載の装置。 ８．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）の縁部が互いに重なり合って配 置されている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。 ９．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）が互いに間隔をもって配置され ている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。 １０．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）の縁部が緊密に黒色の壁面に 接し、この壁面が凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）と一緒に閉鎖され た空間を形成している、請求項９記載の装置。 １１．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）が支持装置（１４、１４′） 互いにおよび／または水平方向に調節できるように維持されている、請求項１か ら１０までのいずれか１項に記載の装置。 １２．少なくとも１個の凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）が軸線（２ ５）を中心に旋回可能に動作されている、請求項１から１１までのいずれか１項 に記載の装置。 １３．旋回または調整を生じる駆動装置（１５、２７、２８）を備えている、請 求項１０または１２に記載の装置。 １４．投影すべき対象上への観察空間（４、４′、４′′）からの直視を隠蔽す る少なくとも１つの目視絞り（２４）を備えている、請求項１から１３までのい ずれか１項に記載の装置。 １５．目視絞り（２４）が自動的に試運転可能でありかつ運転可能である、請求 項１４記載の装置。 １６．前部および後部の凹面鏡（２、３、１２、１３２２、２３）が容易に解体 可能であり、かつ輸送のために多数の部材に分解可能である、請求項１から１５ までのいずれか１項に記載の装置。 １７．投影すべき対象（５、５′、５′′）を撮影するために軸線（７、７′、 ７′′）の範囲内で舞台（１６）が配置されている、請求項１から１６までのい ずれか１項に記載の装置。 １８．舞台（１６）が旋回可能であるか、回転可能であるか、移動可能であるか 、または昇降可能である、請求項１７記載の装置。 １９．対象（５、５′）を照らす光源が目視開口（６、６′、６′′）の前方に 配置されている、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の装置。 ２０．対象（５、５′）を照らす光源（２０）が前部凹面鏡（２、１２、２２） 中の開口（６、６′、６′′）の縁部範囲内で鏡面反射される内側に配置されて いる、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の装置。 ２１．対象（５、５′）を照らす光源（２０′）が凹面鏡（２、３、１２、１３ 、２２、２３）、殊に前部凹面鏡（２、１２、２２）の縁部範囲内で配置されて いる、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の装置。 ２２．対象（５、５′）を照らす光源が対象（５、５）から後方の凹面鏡（２、 ３、１２、１３、２２、２３）の部分透過性の領域に配置されている、請求項１ から１８までのいずれか１項に記載の装置。 ２３．光源がコンピューターによって制御可能な光線の幅、色、形および方向を 有する投影機である、請求項１９から２２までのいずれか１項に記載の装置。 ２４．光源がレーザーである、請求項１９から２２までのいずれか１項に記載の 装置。 ２５．光源がその前に接続された制御−またはプリズム光学素子を有するコリメ ーターであり、このコリメーターは、スキャナー中に固定されかつ光導波路によ りレーザーと接続されている、請求項１９から２２までのいずれか１項に記載の 装置。 ２６．対象が画像スクリーンである、請求項１から１８までのいずれか１項に記 載の装置。 ２７．対象が平面鏡であり、結像すべき対象は、観察者から凹面鏡（２２、２３ ）を介して平面鏡中で目視可能であるように後部凹面鏡（２３）の後方に配置さ れている、請求項１から２６までのいずれか１項に記載の装置。 ２８．三次元的結像（１、１′、１′′）が発生する目視開口（６、６′、６′ ′）の周囲の範囲内で舞台（１７）が配置されている、請求項１から２７までの いずれか１項に記載の装置。 ２９．舞台（１７）の目視開口（６、６′、６′′）中に存在する部分が透過性 である、請求項２８記載の装置。 ３０．凹面鏡（２、３、１２、１３、２２、２３）が表面で鏡面反射するもので ある、請求項１から２９までのいずれか１項に記載の装置。 ３１．目視開口（６、６′、６′′）の少なくとも１つの部分領域が部分透過性 の凹面鏡で覆われており、この凹面鏡の反射表面が全部凹面鏡（２、１２、２２ ）と一緒に球面上に存在する、請求項１から３０までのいずれか１項に記載の装 置。 ３２．観察者空間（４、４′、４′′）に向かって半透明のスクリーンによって 覆われている、請求項１から３１までのいずれか１項に記載の装置。 ３３．半透明のスクリーンの縁部領域（３２）が不透過性であり、この半透明の スクリーンの透明度が内向きに連続的に増大し、したがってこの半透明のスクリ ーンの最大の透明度が目視開口（６）の前方の範囲内にある、請求項３２記載の 装置。 ３４．画像または映画を半透明のスクリーン（３１）上に投影するための投影機 （３３）を包括する、請求項３２または３３に記載の装置。 ３５．半透明のスクリーンが部分透過性のミラーである、請求項３２または３３ に記載の装置。