浮遊立体表示装置システム
【課題】撮影した画像を浮遊立像させ、該浮遊立像の前後左右の姿を裸眼で見ることができかつ直接に触れることのできる小型の装置を提供することである。
【解決手段】放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に配設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンを包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターとを含む手段からなる浮遊立体表示装置システムを構成することにより実現できた。
【解決手段】放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に配設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンを包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターとを含む手段からなる浮遊立体表示装置システムを構成することにより実現できた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示された映像を、空間浮遊状態でかつ裸眼で見ることができ、多方面から同時観察できて、見る方角によって表示された映像の異なる側面を見ることができ、立体視を可能にした浮遊立体表示装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンの回転軸を中心として、ほぼリング状に多角錘ミラーが配列され、また、多角錘ミラーの上方に、回転軸の延長軸を中心とする同一円上に４個のプロジェクターが配置され、該プロジェクターから多角錘ミラーに投影映像が出射され、これが多角錘ミラーで反射されて回転するスクリーンに投影され、これにより異なる方向から見ると異なる側面が見られる立体映像が形成される技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
複数の多角錘ミラーを隣り合わせて配置し、該ミラーのそれぞれに同一物体の異なる方向から見た平面実像を反射させ、該多角錘ミラーそれぞれによる該映像の鏡像が同一の軸上に生ずるように、該平面実像に対する該多角錘ミラーの位置及び向きを設定した立体像表示装置に関する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
レーザー光の焦点で空気中の酸素や窒素の分子をプラズマ発光させて空間に発光したドットをつくるもので、空間の任意の位置に自在に発光させることにより、立体画像の動画を実現させた技術が発表されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０８５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４７４８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】独立行政法人産業技術総合研究所プレス・リリース「空間立体描画（３Ｄディスプレー）技術の高性能化実験に成功」２００７年７月１０日発表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術は、全周から観察できるが大掛かりな据置タイプの装置であるので、例えば教育の場での講義や医療の場での手術方法の検討などで装置を使用する場に移動させるような場合には容易には使用できないし、また装置内部の回転中のスクリーン上に投影されるので映像に手を近づけることができないという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献２の技術は、小型化され全周からの観察が可能であるが、観察者は逆多角錘ミラーを通して虚像を見ることになり目線が上向きとなり、かつ直接像を見ることができず、視線上に多角錘ミラーが介在しているので隔離感が生じ、かつ像に触れることができないという問題があった（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
非特許文献１の技術は、装置が大掛かりとなり機動性に欠け、離れた空間における表示のため近くで観察できず、点（ドット）で表現するため高精細な映像を作成することが難しいという問題があった（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、観察者の近くで、カラー表示の映像が立像し空中に浮いた状態が確保でき、該浮遊立像の全周３６０°を周りながら見ていくと立像の前後左右の姿を裸眼で見ることができ、かつ小型の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、放物面鏡の内部の底面中央部に静止物体を載置すると放物面鏡の上部開口部に前記物体の浮遊立体像が結像することから、前記物体を映像に置き換えることができれば放物面鏡の上部開口部に動画などの浮遊立体表示ができるのではと着想し本発明を開発するに至った。
【００１２】
本発明において、「放物面鏡」とは放物面を有する鏡を上下に組み合わせたものを意味し、「上部放物面鏡」とは本発明でいう放物面鏡の上側のものを意味し、「下部放物面鏡」とは本発明でいう放物面鏡の下側のものを意味する。
【００１３】
本発明において、「開口部面」とは開口部が形成する平らな面を意味する。
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に垂設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンの前記放物面鏡内に突出しない部分を包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記放物面鏡下部に配設され、前記放物面鏡開口部中心軸の延長線上に回転軸を有し前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、複数の撮影画像を入力し該撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターと、を含む手段からなることを特徴とする。
【００１５】
請求項２にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１の発明において、円筒部に形成された開口部が前記回転ドラムの回転軸を中心にした対称位置に設けられた２つの四角形状の開口部であり、前記開口部の開口幅が調整可能機構を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１または２の発明において、平板状のスクリーンの面が前記円筒部の開口部面と平行な位置関係で配設され、前記スクリーンの表裏両面が反射面であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、複数のプロジェクターからの映像の上端が前記スクリーンの放物面鏡内に突出させた部分の上端近傍に投影されるように、前記複数のプロジェクターが同一角度で斜め上向きに設置されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明において、コンピューターに、スクリーンの反射面に投影された映像の上端から下端までの縮尺を一致させる画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【００１９】
請求項６にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、コンピューターに、Ｗをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像上端までの距離、Ｒをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像下端までの距離とすると、Ｗ値、Ｒ値を入力し記憶する手順、撮影画像を取り込み原画として記憶する手順、縮小率であるＲ／Ｗを算出する手順、記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小する手順、縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成する手順を実行する画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【００２０】
請求項７にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至６のいずれかの発明において、コンピューターに同一被写体を複数の少なくとも４つの異なる方向から撮影した映像を記憶する手順、該記憶した少なくとも４つの映像を同時に再生する手順を実行させるための同時再生プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明は、観察者の近くで、映像を空間に浮遊させて結像させることができ、浮遊立像をその周囲を周りながら見ていくと立像の前後左右の姿を直接に裸眼で見ることができ、かつ手も触れられるという効果を奏する。
【００２２】
また、スチールカメラやビデオカメラで撮影されたカラーの実写映像、またはコンピューター・グラフィックで作られたカラーの多方向映像を空間に浮遊させて結像させることができるという効果を奏する。
【００２３】
装置が小型化されているので、どこでも容易に移動でき使用したい場所で浮遊立像を見ることができるという効果を奏する。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１と同じ効果を奏する。さらに、円筒部が回転しながら、該円筒部に設置された開口部が開口部幅によりプロジェクターからの光路を制限するので、１つのスクリーンに投影される映像が常に鮮明さを保持できるという効果を奏する。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明と同じ効果を奏する。さらに、表裏２面の反射板によりプロジェクターから投影される映像を反射するので、一度に２つのプロジェクターからの映像を反射できるという効果を奏する。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、浮遊立像を高い位置で結像させるという効果を奏する。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、浮遊立体像の上下方向で縮尺を同一にすることができるという効果を奏する。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明と同じ効果を奏する。
【００２９】
請求項７の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、同一被写体を複数カメラで撮像した画像を同時再生処理することができるので、浮遊立像を同一被写体の立像として視認できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一般的な放物面鏡の原理説明図である。
【図２】本発明の浮遊立体表示装置システムの概要説明図である。
【図３】放物面鏡の概要の模式図で、（ａ）が一般的な放物面鏡で、（ｂ）が本発明の放物面鏡である。
【図４】実施例１の浮遊立体表示装置システムのブロック図である。
【図５】回転ドラムの斜視図である。
【図６】回転ドラムの回転軸における縦断面図である。
【図７】スクリーンへ投影された外形輪郭図である。
【図８】プロジェクターからスクリーンへの投影角度関連図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態と作用について説明する。
【００３２】
まず、図１により、本発明による浮遊立体表示装置の原理について説明する。
【００３３】
一般的な放物面鏡１は、平行光を入射すると光を一点に集める性質がある。図１に示すように放物面鏡１中に静止物体２を載置すると入射した外光により静止物体２の像は放物面鏡１内で反射を繰り返し集光した結像３を結ぶ。
【００３４】
放物面鏡１内に載置した静止物体２の上下方向と、浮遊する結像３の上下方向とは同じである。また、観察者の視点４から該結像３を斜め方向より見ると結像３を浮遊させた状態で放物面鏡１の全周方向からみることができ、これにより静止物体２の立体視ができる。
【００３５】
本発明の放物面鏡１０を組み込んだ浮遊立体表示装置システムは、一般的な放物面鏡１の原理を組み込んだ発明であり、静止物体２という実物体の代わりに、物体や人の被写体を撮影した静止画または動画の映像という虚像を用いることにより、前記被写体の立体視を可能とするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
浮遊立体表示装置システムは、図２または図４に示すように、放物面鏡１０と、円筒部１１及びスクリーン１３とを含む構成からなる回転ドラム５と、少なくとも正面、背面、右側面及び左側面用の４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３６と、コンピューター７と、を含む構成からなる。
【００３７】
さらに、前準備として実写映像を浮遊立像とさせる場合には、被写体を撮影する少なくとも正面、背面、右側面及び左側面から撮影する４台のカメラ３１、３２、３３及び３４を使用する。また、前準備としてコンピューターグラフィックで作成された映像を浮遊立像とさせる場合には、少なくとも正面、背面、右側面及び左側面の画像をコンピューターグラフィックで作図する。
【００３８】
一般的な放物面鏡１は、図３（ａ）に示すように上部開口部２５があり下部中央部には開口部のない閉じられた底面となっているのに対し、本発明に使用する放物面鏡１０は、図３（ｂ）に示すように、上部放物面鏡２３には上部開口部２５が、下部放物面鏡２４には下部開口部２６が設けられている。
【００３９】
図５または図６において、回転ドラム５は、回転ドラム５の中心にモーター１６によって回転する回転軸１５、該回転軸１５に取り付けられた平板状のスクリーン１３、該回転軸１５と連結された円筒部１１、及びモーター１６を含む構成となっている。
【００４０】
スクリーン１３は、前記回転軸１５に垂直に取り付けられ、黒色に塗布され、反射面を表裏両面に有した平板状のものである。
【００４１】
また、スクリーン１３の横方向の幅は、下部放物面鏡２４の下部開口部２６から放物面鏡１０内に挿入される部分については下部開口部２６の直径より小さい幅とし、放物面鏡１０内に挿入されない部分については円筒部１１内径よりも小さい幅とする。
【００４２】
スクリーン１３の上端の高さは上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さより低くてかつ前記境の高さに最大限近い高さとする。ここで、スクリーン１３の上端の高さが上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さに近いほど上部開口部２２から高い位置に浮遊立体像を結像させることができるが、上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さ以上になるとその高さ以上の部分について像が形成されないからである。
【００４３】
また、スクリーン１３の下端の高さはプロジェクター６から投影される映像の下端より低い高さとする。
【００４４】
円筒部１１は、図５または図６に示すように、円筒形状の筒であり、周壁には回転軸１５を中心にした対称位置に２つの開口部１２を設け、該開口部１２の開口面は前記スクリーン１３の面と平行の位置関係にあり、下部において回転軸１５と連結している。
【００４５】
円筒部１１の開口部１２は、その幅寸法をスライド構造などで可変できるようになっており、スクリーン１３の一面に投影される映像が複数のプロジェクター６から投影によって不鮮明にならないように開口部１２幅寸法を調整する。
【００４６】
円筒部１１と連結した回転軸１５はモーター１６と連結しているので、モーター１６の駆動により円筒部１１とスクリーン１３とは一体となって回転する。
【００４７】
図６に示すように、円筒部１１の上部近傍の外壁には、回転軸１６を中心軸とした円周上に均等配置させた横触れ防止用コロ１７が３箇所外接させた状態で配設されている。これにより、回転時の円筒部１１の横揺れを抑制することができ、映像の揺れを防止する効果がある。
【００４８】
また、円筒部１１を回転させるための駆動方法は、円筒部１１の下部において回転軸１５をモーター１６で回転させる方法、または円筒部１１の外周の上部においてモーターにより回転する駆動用コロを外接させて回転させる方法などがあり駆動方法は限定されない。
【００４９】
図２に表すように、プロジェクター６から光が光路８のように回転ドラム５に向けて出射された光が、通過を制限する円筒部１１の開口部１２を通過し、その通過した光がスクリーン１３によって反射され、放物面鏡１０内に光が入射する。
【００５０】
プロジェクター６から回転ドラム５への光路８を説明する。正面、背面、右側面及び左側面用の４つのプロジェクター３５、３６、３７及び３８からそれぞれ異なる映像の光が回転ドラム５の円筒部１１に向けて出射され、これらの４方向からの光のうち、回転ドラム５に設置された２つの開口部１２が回転しながら瞬間的には常に正面及び背面、または右側面及び左側面の２方向から入射する光のみ通過させるという制限をする。
【００５１】
したがって、前記円筒部１１の開口部１２は回転することによって、正面、背面、右側面及び左側面の方向から常に投影されるプロジェクター６からの光を、瞬間的には正面及び背面方向からの光と、右側面及び左側面方向からの光とを交互にスクリーン１３上に入射させるというサイクルを繰り返している。
【００５２】
回転ドラム５の回転数は、プロジェクター６から投影されるフレームの送り速度とスクリーン１３の反射面の数とによって、１フレームがスクリーンに投影されるように決定される。
【００５３】
まず、映像の送り速度について説明する。人などの動きをなめらかに投影することができる映像の送り速度は、２０〜３０フレーム／秒であり、これはテレビの映像の送り速度と略同一である。これに基づき、プロジェクターからの映像の送り速度を３０フレーム／秒とする。
【００５４】
そして、回転ドラム５の１回転で両面反射面を有するスクリーン１３で２フレームを同時に反射できるので、回転ドラムの回転数は、フレームの送り速度３０フレーム／秒をスクリーンの反射面数である２枚で除して求める。
【００５５】
前記円筒部の開口部１２を通過したプロジェクター６から投影された映像の光が、垂直に設置されたスクリーン１３によってプロジェクター６からの入射角と同一の反射角で放物面鏡１０内に反射され、放物面鏡１０内で反射を繰り返して集光した結像が放物面鏡１０上部開口部２５に浮遊立像９となる。該浮遊立像９を観察者の視点４の方向などから見ることができ、スクリーン上の映像１４の上下方向と放物面鏡１０上部開口部に現われた浮遊立像９の上下方向は同一である。
【００５６】
次に、プロジェクター６について説明する。プロジェクター６は装置を小型化するために短焦点のものが好ましく、また輝度は浮遊立像９の明るさと比例関係にあるので求める浮遊立像９の明るさになるように輝度を有するものを選択する。
【００５７】
プロジェクター６は、正面、背面、右側面及び左側面の少なくとも４つのプロジェクター３５、３６、３７及び３８から構成され、回転ドラム５の回転軸１５を中心とした同一円周上に均等間隔で配設されている。このとき前記プロジェクター３５、３６、３７及び３８は、スクリーン１３の上方に投影できるように水平に対して上向き角度で設置する。
【００５８】
これは、放物面鏡１０の中心部に近い位置に投影するほど上部放物面鏡２３の上部開口部２５からより高い位置に結像し浮いた状態となるからであるが、過度な角度をつけるとスクリーン上の映像１４の上部と下部との焦点差が拡大するため像の鮮明さが失われる。
【００５９】
複数のプロジェクター６とスクリーン１３との間隔は、結像する像の位置と大きさが下部放物面鏡２４の下部開口部２６から挿入させたスクリーン１３に投影される像の位置と大きさに比例することから、可能な限り大きくしたいが、スクリーン上へ浮遊立像させたい範囲の映像がより鮮明に映し出されることなどの要件を考慮して複数のプロジェクター６とスクリーン１３との間隔を決める。
【００６０】
また、図８に示すようにプロジェクター６を水平に対して上向き角度αで設置するため、図7に示すように、原画２０をスクリーン１３上に投影すると縮尺調整前の画像２１のように上下方向での縮尺が、上方にいくほど縮尺が大きくなるという逆台形歪が生じるので、以下の計算式によって前記逆台形歪を補正する。
【００６１】
図８において、Ａはプロジェクターレンズ、Ｘはスクリーン１３上における投影可能範囲、ＷはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離、ＬはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３中心までの距離、ＲはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離、αはプロジェクター６とスクリーン１３の角度、βはプロジェクターレンズＡ中心からの像の広がりである。
【００６２】
プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離は、Ｌ×ＣＯＳ（α）と表される。
【００６３】
プロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離Ｒと、プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離Ｌ×ＣＯＳ（α）の関係を表すと下記数式（１）または(２)のようになる。
【００６４】
【数１】
【００６５】
プロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離Ｗと、プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離Ｌ×ＣＯＳ（α）の関係を表すと下記数式（３）または(４)のようになる。
【００６６】
【数２】
【００６７】
式（２）及び（４）により、ＷとＲの比は、下記式（５）または（６）で表される。
【００６８】
【数３】
【００６９】
ＷとＲの比は歪であるから、Ｗ／Ｒの逆数であるＲ／Ｗの値で原画を補正した図８に示すような縮尺調整後の画像２２を作成すればよい。
【００７０】
次に、コンピューター７について説明する。コンピューター７には、台形歪に対する補正の画像処理手順と、複数映像の同時再生処理手順を記憶させておく。
【００７１】
台形歪に対する補正の画像処理手順は、手順１でＷ値、Ｒ値を入力し記憶し、手順２で撮影画像を取り込み原画として記憶し、手順３で縮小率であるＲ／Ｗを算出し、手順４で記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小し、手順５で縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成することを実行させるためのプログラムをコンピューターに組み込んでいる。
【００７２】
同時再生手順は、手順１で少なくとも正面、背面、右側面及び左側面用の４台のカメラ３１、３２、３３及び３４から撮影した画像をコンピューターにそれぞれ別個のファイルに保管する。ここで、手順１の前準備として、４台のカメラ３１、３２、３３及び３４で撮影した映像のそれぞれのファイルにおけるスタート時の時間的タイミングを一致させるように編集をしておく。
【００７３】
手順２でそれぞれ別個に保管されていたファイルを同時に再生することを実行するためのプログラムをコンピューターに組み込んでおり、正面、背面、右側面及び左側面用それぞれのプロジェクター３５、３６、３７及び３８に送信することができる。
【００７４】
したがって、コンピューター７は、少なくとも４台以上のカメラからのそれぞれの撮影画像を入力し、これらを原画として保存後に、台形歪に対する補正の画像処理を行い、その後、複数映像の同時再生処理を行う。
【００７５】
これらの画像歪補正処理及び同時再生処理が行われた映像がコンピューター７から少なくとも４つのプロジェクター６へ出力される。
【００７６】
カメラは、正面、背面、右側面及び左側面用と少なくとも４台を使用し、被写体としての同一物体又は同一人物の静止画又は動画を、被写体を中心とした略円周上で撮影し、その撮像された画像をＳＤカードメモリなどの記録媒体によってコンピューター７に入力する。
【００７７】
次に、本発明の使用について説明する。
【００７８】
まず、正面、背面、右側面及び左側面用に少なくとも４台のカメラを準備し、該カメラにより、被写体としての同一物体又は人物の静止画又は動画を、被写体を中心とした略円周上で均等間隔を空けた位置から撮影し、該撮像された画像をＳＤカードメモリなどの記録媒体によってコンピューター７に入力する。
【００７９】
コンピューター７は、正面、背面、右側面及び左側面の位置に配置した４台のカメラからの撮像をそれぞれ別のファイルに原画として保存し、その後、台形歪に対する補正の画像処理を行った。
【００８０】
それからコンピューター７によって複数映像の同時再生処理を行うが、この同時再生処理後は、自動的に放物面鏡１０の上部開口部２５に立像を浮遊させるまでのプロセスが進行する。
【００８１】
コンピューター７による台形歪に対する補正の画像処理や複数映像の同時再生処理ができた映像を、コンピューター７から、正面、背面、右側面及び左側面用に配設されているプロジェクター３５，３６，３７及び３８に送信する。
【００８２】
４台のプロジェクター３５，３６，３７及び３８からの投影される映像がスクリーンに向けて上向き角度をもって同時に出射される。
【００８３】
出射された光は、所定の回転速度で回転する回転ドラム５に配設された円筒部１１の開口部１２から入射したときのみ、前記円筒部と一体となって回転するスクリーン１３の表裏面に存する反射面に投影される。
【００８４】
垂直に設置されたスクリーン１３の反射面に入射した光は、スクリーン１３反射面に対する入射角と同一の出射角で反射され放物面鏡１０内に入射する。
【００８５】
放物面鏡１０内に入射した光は、放物面鏡１０内での反射を繰り返して最終的に放物面鏡１０の上部開口部２５に立像を浮遊させる。
【００８６】
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものでない。
【実施例】
【００８７】
放物面鏡１０は、直径２８インチ、高さ８インチ、開口部径６インチのものを準備した。
【００８８】
回転ドラム５は、直径１６ｃｍ、高さ１６ｃｍ、幅０．４ｃｍ、開口部の大きさ１１ｃｍ×８ｃｍ（最大幅）、黒色に塗装し、材質をセラミックで製作した。
【００８９】
プロジェクター６は、型式ＫＧ−ＰＬ１０５Ｓ（加賀コンポーネント株式会社製）を使用した。
【００９０】
プロジェクター６から３０フレーム／秒の映像を投影させること、及び前記プロジェクター６からの映像が２枚の反射面を有するスクリーン１３に投影されることから、回転ドラム５の回転数を１５回転／秒、９００ｒｐｍとした。
【００９１】
プロジェクター６の水平に対する上向き角度を１２度とした。これはスクリーン１３のより上部に投影させるために上向き角度を大きくしたいことと、上向き角度が大きすぎるとスクリーン１３上に投影された映像の上部と下部との焦点差が大きくなることとのバランスを検討して決定した。
【００９２】
図８において、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離Ｗを２７ｃｍ、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３中心までの距離Ｌを２５ｃｍ、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離Ｒを２３ｃｍとした。
【００９３】
そして、Ｗ値とＲ値をコンピューター７に入力し、コンピューター７により、２３ｃｍ／２７ｃｍから台形歪補正率０．８５が求められた。
【００９４】
以上の準備後に、正面、背面、右側面及び左側面用に配置した４台のカメラ３１、３２、３３及び３４で人物を撮影し、コンピューター６に入力した。
【００９５】
コンピューター７によって、撮影した画像をカメラ３１、３２、３３または３４ごとにそれぞれ用のファイルに保管し、画像の下端を基準として上端を台形歪補正率０．８５によって補正する画像処理が実行された。
【００９６】
そして、以下のプロセスが自動で実行された。それぞれのファイルの保管された画像を同時再生処理するとともに、それぞれの画像を４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３８に３０フレーム／秒の速度で送り、前記４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３８から回転ドラムのスクリーン１３に向けて投影された。
【００９７】
９００ｒｐｍで回転する円筒部１１の開口部１２を通過した光は、垂設されたスクリーン１３上に投影され、該スクリーン１３反射面に入射した光は、スクリーン１３反射面に対する入射角と同一の出射角で反射され放物面鏡１０内に入射した。
【００９８】
放物面鏡１０内に入射した光は放物面鏡１０内で反射を繰り返した後、放物面鏡１０の上部開口部２５に約１０ｃｍの人物立体像を結像させた。該人物立体像を浮遊させた放物面鏡の周囲を回りながら、正面、背面、右側面及び左側面から立像状態を確認することができた。
【符号の説明】
【００９９】
１ 放物面鏡
２ 静止物体
３ 結像
４ 観察者の視点
５ 回転ドラム
６ プロジェクター
７ コンピューター
８ 光路
９ 浮遊立像
１０ 放物面鏡
１１ 円筒部
１２ 開口部
１３ スクリーン
１４ スクリーン上の映像
１５ 回転軸
１６ モーター
１７ コロ
２０ 原画
２１ 縮尺調整前の画像
２２ 縮尺調整後の画像
２３ 上部放物面鏡
２４ 下部放物面鏡
３１ カメラＡ
３２ カメラＢ
３３ カメラＣ
３４ カメラＤ
３５ プロジェクターＡ
３６ プロジェクターＢ
３７ プロジェクターＣ
３８ プロジェクラーＤ
Ａ プロジェクターレンズ
Ｘ 投影可能範囲
Ｗ プロジェクターレンズからスクリーン上部までの距離
Ｌ プロジェクターレンズからスクリーン中心部までの距離
Ｒ プロジェクターレンズからスクリーン下部までの距離
α プロジェクターとスクリーンの角度
β プロジェクターレンズ中心部からの広がり角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示された映像を、空間浮遊状態でかつ裸眼で見ることができ、多方面から同時観察できて、見る方角によって表示された映像の異なる側面を見ることができ、立体視を可能にした浮遊立体表示装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンの回転軸を中心として、ほぼリング状に多角錘ミラーが配列され、また、多角錘ミラーの上方に、回転軸の延長軸を中心とする同一円上に４個のプロジェクターが配置され、該プロジェクターから多角錘ミラーに投影映像が出射され、これが多角錘ミラーで反射されて回転するスクリーンに投影され、これにより異なる方向から見ると異なる側面が見られる立体映像が形成される技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
複数の多角錘ミラーを隣り合わせて配置し、該ミラーのそれぞれに同一物体の異なる方向から見た平面実像を反射させ、該多角錘ミラーそれぞれによる該映像の鏡像が同一の軸上に生ずるように、該平面実像に対する該多角錘ミラーの位置及び向きを設定した立体像表示装置に関する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
レーザー光の焦点で空気中の酸素や窒素の分子をプラズマ発光させて空間に発光したドットをつくるもので、空間の任意の位置に自在に発光させることにより、立体画像の動画を実現させた技術が発表されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０８５２号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４７４８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】独立行政法人産業技術総合研究所プレス・リリース「空間立体描画（３Ｄディスプレー）技術の高性能化実験に成功」２００７年７月１０日発表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術は、全周から観察できるが大掛かりな据置タイプの装置であるので、例えば教育の場での講義や医療の場での手術方法の検討などで装置を使用する場に移動させるような場合には容易には使用できないし、また装置内部の回転中のスクリーン上に投影されるので映像に手を近づけることができないという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
特許文献２の技術は、小型化され全周からの観察が可能であるが、観察者は逆多角錘ミラーを通して虚像を見ることになり目線が上向きとなり、かつ直接像を見ることができず、視線上に多角錘ミラーが介在しているので隔離感が生じ、かつ像に触れることができないという問題があった（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
非特許文献１の技術は、装置が大掛かりとなり機動性に欠け、離れた空間における表示のため近くで観察できず、点（ドット）で表現するため高精細な映像を作成することが難しいという問題があった（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、観察者の近くで、カラー表示の映像が立像し空中に浮いた状態が確保でき、該浮遊立像の全周３６０°を周りながら見ていくと立像の前後左右の姿を裸眼で見ることができ、かつ小型の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、放物面鏡の内部の底面中央部に静止物体を載置すると放物面鏡の上部開口部に前記物体の浮遊立体像が結像することから、前記物体を映像に置き換えることができれば放物面鏡の上部開口部に動画などの浮遊立体表示ができるのではと着想し本発明を開発するに至った。
【００１２】
本発明において、「放物面鏡」とは放物面を有する鏡を上下に組み合わせたものを意味し、「上部放物面鏡」とは本発明でいう放物面鏡の上側のものを意味し、「下部放物面鏡」とは本発明でいう放物面鏡の下側のものを意味する。
【００１３】
本発明において、「開口部面」とは開口部が形成する平らな面を意味する。
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に垂設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンの前記放物面鏡内に突出しない部分を包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記放物面鏡下部に配設され、前記放物面鏡開口部中心軸の延長線上に回転軸を有し前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、複数の撮影画像を入力し該撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターと、を含む手段からなることを特徴とする。
【００１５】
請求項２にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１の発明において、円筒部に形成された開口部が前記回転ドラムの回転軸を中心にした対称位置に設けられた２つの四角形状の開口部であり、前記開口部の開口幅が調整可能機構を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１または２の発明において、平板状のスクリーンの面が前記円筒部の開口部面と平行な位置関係で配設され、前記スクリーンの表裏両面が反射面であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、複数のプロジェクターからの映像の上端が前記スクリーンの放物面鏡内に突出させた部分の上端近傍に投影されるように、前記複数のプロジェクターが同一角度で斜め上向きに設置されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明において、コンピューターに、スクリーンの反射面に投影された映像の上端から下端までの縮尺を一致させる画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【００１９】
請求項６にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、コンピューターに、Ｗをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像上端までの距離、Ｒをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像下端までの距離とすると、Ｗ値、Ｒ値を入力し記憶する手順、撮影画像を取り込み原画として記憶する手順、縮小率であるＲ／Ｗを算出する手順、記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小する手順、縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成する手順を実行する画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【００２０】
請求項７にかかる浮遊立体表示装置システムの発明は、請求項１乃至６のいずれかの発明において、コンピューターに同一被写体を複数の少なくとも４つの異なる方向から撮影した映像を記憶する手順、該記憶した少なくとも４つの映像を同時に再生する手順を実行させるための同時再生プログラムを組み込んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明は、観察者の近くで、映像を空間に浮遊させて結像させることができ、浮遊立像をその周囲を周りながら見ていくと立像の前後左右の姿を直接に裸眼で見ることができ、かつ手も触れられるという効果を奏する。
【００２２】
また、スチールカメラやビデオカメラで撮影されたカラーの実写映像、またはコンピューター・グラフィックで作られたカラーの多方向映像を空間に浮遊させて結像させることができるという効果を奏する。
【００２３】
装置が小型化されているので、どこでも容易に移動でき使用したい場所で浮遊立像を見ることができるという効果を奏する。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１と同じ効果を奏する。さらに、円筒部が回転しながら、該円筒部に設置された開口部が開口部幅によりプロジェクターからの光路を制限するので、１つのスクリーンに投影される映像が常に鮮明さを保持できるという効果を奏する。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明と同じ効果を奏する。さらに、表裏２面の反射板によりプロジェクターから投影される映像を反射するので、一度に２つのプロジェクターからの映像を反射できるという効果を奏する。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、浮遊立像を高い位置で結像させるという効果を奏する。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、浮遊立体像の上下方向で縮尺を同一にすることができるという効果を奏する。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明と同じ効果を奏する。
【００２９】
請求項７の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、同一被写体を複数カメラで撮像した画像を同時再生処理することができるので、浮遊立像を同一被写体の立像として視認できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一般的な放物面鏡の原理説明図である。
【図２】本発明の浮遊立体表示装置システムの概要説明図である。
【図３】放物面鏡の概要の模式図で、（ａ）が一般的な放物面鏡で、（ｂ）が本発明の放物面鏡である。
【図４】実施例１の浮遊立体表示装置システムのブロック図である。
【図５】回転ドラムの斜視図である。
【図６】回転ドラムの回転軸における縦断面図である。
【図７】スクリーンへ投影された外形輪郭図である。
【図８】プロジェクターからスクリーンへの投影角度関連図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態と作用について説明する。
【００３２】
まず、図１により、本発明による浮遊立体表示装置の原理について説明する。
【００３３】
一般的な放物面鏡１は、平行光を入射すると光を一点に集める性質がある。図１に示すように放物面鏡１中に静止物体２を載置すると入射した外光により静止物体２の像は放物面鏡１内で反射を繰り返し集光した結像３を結ぶ。
【００３４】
放物面鏡１内に載置した静止物体２の上下方向と、浮遊する結像３の上下方向とは同じである。また、観察者の視点４から該結像３を斜め方向より見ると結像３を浮遊させた状態で放物面鏡１の全周方向からみることができ、これにより静止物体２の立体視ができる。
【００３５】
本発明の放物面鏡１０を組み込んだ浮遊立体表示装置システムは、一般的な放物面鏡１の原理を組み込んだ発明であり、静止物体２という実物体の代わりに、物体や人の被写体を撮影した静止画または動画の映像という虚像を用いることにより、前記被写体の立体視を可能とするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
浮遊立体表示装置システムは、図２または図４に示すように、放物面鏡１０と、円筒部１１及びスクリーン１３とを含む構成からなる回転ドラム５と、少なくとも正面、背面、右側面及び左側面用の４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３６と、コンピューター７と、を含む構成からなる。
【００３７】
さらに、前準備として実写映像を浮遊立像とさせる場合には、被写体を撮影する少なくとも正面、背面、右側面及び左側面から撮影する４台のカメラ３１、３２、３３及び３４を使用する。また、前準備としてコンピューターグラフィックで作成された映像を浮遊立像とさせる場合には、少なくとも正面、背面、右側面及び左側面の画像をコンピューターグラフィックで作図する。
【００３８】
一般的な放物面鏡１は、図３（ａ）に示すように上部開口部２５があり下部中央部には開口部のない閉じられた底面となっているのに対し、本発明に使用する放物面鏡１０は、図３（ｂ）に示すように、上部放物面鏡２３には上部開口部２５が、下部放物面鏡２４には下部開口部２６が設けられている。
【００３９】
図５または図６において、回転ドラム５は、回転ドラム５の中心にモーター１６によって回転する回転軸１５、該回転軸１５に取り付けられた平板状のスクリーン１３、該回転軸１５と連結された円筒部１１、及びモーター１６を含む構成となっている。
【００４０】
スクリーン１３は、前記回転軸１５に垂直に取り付けられ、黒色に塗布され、反射面を表裏両面に有した平板状のものである。
【００４１】
また、スクリーン１３の横方向の幅は、下部放物面鏡２４の下部開口部２６から放物面鏡１０内に挿入される部分については下部開口部２６の直径より小さい幅とし、放物面鏡１０内に挿入されない部分については円筒部１１内径よりも小さい幅とする。
【００４２】
スクリーン１３の上端の高さは上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さより低くてかつ前記境の高さに最大限近い高さとする。ここで、スクリーン１３の上端の高さが上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さに近いほど上部開口部２２から高い位置に浮遊立体像を結像させることができるが、上部放物面鏡２３と下部放物面鏡２４との境の高さ以上になるとその高さ以上の部分について像が形成されないからである。
【００４３】
また、スクリーン１３の下端の高さはプロジェクター６から投影される映像の下端より低い高さとする。
【００４４】
円筒部１１は、図５または図６に示すように、円筒形状の筒であり、周壁には回転軸１５を中心にした対称位置に２つの開口部１２を設け、該開口部１２の開口面は前記スクリーン１３の面と平行の位置関係にあり、下部において回転軸１５と連結している。
【００４５】
円筒部１１の開口部１２は、その幅寸法をスライド構造などで可変できるようになっており、スクリーン１３の一面に投影される映像が複数のプロジェクター６から投影によって不鮮明にならないように開口部１２幅寸法を調整する。
【００４６】
円筒部１１と連結した回転軸１５はモーター１６と連結しているので、モーター１６の駆動により円筒部１１とスクリーン１３とは一体となって回転する。
【００４７】
図６に示すように、円筒部１１の上部近傍の外壁には、回転軸１６を中心軸とした円周上に均等配置させた横触れ防止用コロ１７が３箇所外接させた状態で配設されている。これにより、回転時の円筒部１１の横揺れを抑制することができ、映像の揺れを防止する効果がある。
【００４８】
また、円筒部１１を回転させるための駆動方法は、円筒部１１の下部において回転軸１５をモーター１６で回転させる方法、または円筒部１１の外周の上部においてモーターにより回転する駆動用コロを外接させて回転させる方法などがあり駆動方法は限定されない。
【００４９】
図２に表すように、プロジェクター６から光が光路８のように回転ドラム５に向けて出射された光が、通過を制限する円筒部１１の開口部１２を通過し、その通過した光がスクリーン１３によって反射され、放物面鏡１０内に光が入射する。
【００５０】
プロジェクター６から回転ドラム５への光路８を説明する。正面、背面、右側面及び左側面用の４つのプロジェクター３５、３６、３７及び３８からそれぞれ異なる映像の光が回転ドラム５の円筒部１１に向けて出射され、これらの４方向からの光のうち、回転ドラム５に設置された２つの開口部１２が回転しながら瞬間的には常に正面及び背面、または右側面及び左側面の２方向から入射する光のみ通過させるという制限をする。
【００５１】
したがって、前記円筒部１１の開口部１２は回転することによって、正面、背面、右側面及び左側面の方向から常に投影されるプロジェクター６からの光を、瞬間的には正面及び背面方向からの光と、右側面及び左側面方向からの光とを交互にスクリーン１３上に入射させるというサイクルを繰り返している。
【００５２】
回転ドラム５の回転数は、プロジェクター６から投影されるフレームの送り速度とスクリーン１３の反射面の数とによって、１フレームがスクリーンに投影されるように決定される。
【００５３】
まず、映像の送り速度について説明する。人などの動きをなめらかに投影することができる映像の送り速度は、２０〜３０フレーム／秒であり、これはテレビの映像の送り速度と略同一である。これに基づき、プロジェクターからの映像の送り速度を３０フレーム／秒とする。
【００５４】
そして、回転ドラム５の１回転で両面反射面を有するスクリーン１３で２フレームを同時に反射できるので、回転ドラムの回転数は、フレームの送り速度３０フレーム／秒をスクリーンの反射面数である２枚で除して求める。
【００５５】
前記円筒部の開口部１２を通過したプロジェクター６から投影された映像の光が、垂直に設置されたスクリーン１３によってプロジェクター６からの入射角と同一の反射角で放物面鏡１０内に反射され、放物面鏡１０内で反射を繰り返して集光した結像が放物面鏡１０上部開口部２５に浮遊立像９となる。該浮遊立像９を観察者の視点４の方向などから見ることができ、スクリーン上の映像１４の上下方向と放物面鏡１０上部開口部に現われた浮遊立像９の上下方向は同一である。
【００５６】
次に、プロジェクター６について説明する。プロジェクター６は装置を小型化するために短焦点のものが好ましく、また輝度は浮遊立像９の明るさと比例関係にあるので求める浮遊立像９の明るさになるように輝度を有するものを選択する。
【００５７】
プロジェクター６は、正面、背面、右側面及び左側面の少なくとも４つのプロジェクター３５、３６、３７及び３８から構成され、回転ドラム５の回転軸１５を中心とした同一円周上に均等間隔で配設されている。このとき前記プロジェクター３５、３６、３７及び３８は、スクリーン１３の上方に投影できるように水平に対して上向き角度で設置する。
【００５８】
これは、放物面鏡１０の中心部に近い位置に投影するほど上部放物面鏡２３の上部開口部２５からより高い位置に結像し浮いた状態となるからであるが、過度な角度をつけるとスクリーン上の映像１４の上部と下部との焦点差が拡大するため像の鮮明さが失われる。
【００５９】
複数のプロジェクター６とスクリーン１３との間隔は、結像する像の位置と大きさが下部放物面鏡２４の下部開口部２６から挿入させたスクリーン１３に投影される像の位置と大きさに比例することから、可能な限り大きくしたいが、スクリーン上へ浮遊立像させたい範囲の映像がより鮮明に映し出されることなどの要件を考慮して複数のプロジェクター６とスクリーン１３との間隔を決める。
【００６０】
また、図８に示すようにプロジェクター６を水平に対して上向き角度αで設置するため、図7に示すように、原画２０をスクリーン１３上に投影すると縮尺調整前の画像２１のように上下方向での縮尺が、上方にいくほど縮尺が大きくなるという逆台形歪が生じるので、以下の計算式によって前記逆台形歪を補正する。
【００６１】
図８において、Ａはプロジェクターレンズ、Ｘはスクリーン１３上における投影可能範囲、ＷはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離、ＬはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３中心までの距離、ＲはプロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離、αはプロジェクター６とスクリーン１３の角度、βはプロジェクターレンズＡ中心からの像の広がりである。
【００６２】
プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離は、Ｌ×ＣＯＳ（α）と表される。
【００６３】
プロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離Ｒと、プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離Ｌ×ＣＯＳ（α）の関係を表すと下記数式（１）または(２)のようになる。
【００６４】
【数１】
【００６５】
プロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離Ｗと、プロジェクターレンズＡとスクリーン１３への垂線の距離Ｌ×ＣＯＳ（α）の関係を表すと下記数式（３）または(４)のようになる。
【００６６】
【数２】
【００６７】
式（２）及び（４）により、ＷとＲの比は、下記式（５）または（６）で表される。
【００６８】
【数３】
【００６９】
ＷとＲの比は歪であるから、Ｗ／Ｒの逆数であるＲ／Ｗの値で原画を補正した図８に示すような縮尺調整後の画像２２を作成すればよい。
【００７０】
次に、コンピューター７について説明する。コンピューター７には、台形歪に対する補正の画像処理手順と、複数映像の同時再生処理手順を記憶させておく。
【００７１】
台形歪に対する補正の画像処理手順は、手順１でＷ値、Ｒ値を入力し記憶し、手順２で撮影画像を取り込み原画として記憶し、手順３で縮小率であるＲ／Ｗを算出し、手順４で記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小し、手順５で縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成することを実行させるためのプログラムをコンピューターに組み込んでいる。
【００７２】
同時再生手順は、手順１で少なくとも正面、背面、右側面及び左側面用の４台のカメラ３１、３２、３３及び３４から撮影した画像をコンピューターにそれぞれ別個のファイルに保管する。ここで、手順１の前準備として、４台のカメラ３１、３２、３３及び３４で撮影した映像のそれぞれのファイルにおけるスタート時の時間的タイミングを一致させるように編集をしておく。
【００７３】
手順２でそれぞれ別個に保管されていたファイルを同時に再生することを実行するためのプログラムをコンピューターに組み込んでおり、正面、背面、右側面及び左側面用それぞれのプロジェクター３５、３６、３７及び３８に送信することができる。
【００７４】
したがって、コンピューター７は、少なくとも４台以上のカメラからのそれぞれの撮影画像を入力し、これらを原画として保存後に、台形歪に対する補正の画像処理を行い、その後、複数映像の同時再生処理を行う。
【００７５】
これらの画像歪補正処理及び同時再生処理が行われた映像がコンピューター７から少なくとも４つのプロジェクター６へ出力される。
【００７６】
カメラは、正面、背面、右側面及び左側面用と少なくとも４台を使用し、被写体としての同一物体又は同一人物の静止画又は動画を、被写体を中心とした略円周上で撮影し、その撮像された画像をＳＤカードメモリなどの記録媒体によってコンピューター７に入力する。
【００７７】
次に、本発明の使用について説明する。
【００７８】
まず、正面、背面、右側面及び左側面用に少なくとも４台のカメラを準備し、該カメラにより、被写体としての同一物体又は人物の静止画又は動画を、被写体を中心とした略円周上で均等間隔を空けた位置から撮影し、該撮像された画像をＳＤカードメモリなどの記録媒体によってコンピューター７に入力する。
【００７９】
コンピューター７は、正面、背面、右側面及び左側面の位置に配置した４台のカメラからの撮像をそれぞれ別のファイルに原画として保存し、その後、台形歪に対する補正の画像処理を行った。
【００８０】
それからコンピューター７によって複数映像の同時再生処理を行うが、この同時再生処理後は、自動的に放物面鏡１０の上部開口部２５に立像を浮遊させるまでのプロセスが進行する。
【００８１】
コンピューター７による台形歪に対する補正の画像処理や複数映像の同時再生処理ができた映像を、コンピューター７から、正面、背面、右側面及び左側面用に配設されているプロジェクター３５，３６，３７及び３８に送信する。
【００８２】
４台のプロジェクター３５，３６，３７及び３８からの投影される映像がスクリーンに向けて上向き角度をもって同時に出射される。
【００８３】
出射された光は、所定の回転速度で回転する回転ドラム５に配設された円筒部１１の開口部１２から入射したときのみ、前記円筒部と一体となって回転するスクリーン１３の表裏面に存する反射面に投影される。
【００８４】
垂直に設置されたスクリーン１３の反射面に入射した光は、スクリーン１３反射面に対する入射角と同一の出射角で反射され放物面鏡１０内に入射する。
【００８５】
放物面鏡１０内に入射した光は、放物面鏡１０内での反射を繰り返して最終的に放物面鏡１０の上部開口部２５に立像を浮遊させる。
【００８６】
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものでない。
【実施例】
【００８７】
放物面鏡１０は、直径２８インチ、高さ８インチ、開口部径６インチのものを準備した。
【００８８】
回転ドラム５は、直径１６ｃｍ、高さ１６ｃｍ、幅０．４ｃｍ、開口部の大きさ１１ｃｍ×８ｃｍ（最大幅）、黒色に塗装し、材質をセラミックで製作した。
【００８９】
プロジェクター６は、型式ＫＧ−ＰＬ１０５Ｓ（加賀コンポーネント株式会社製）を使用した。
【００９０】
プロジェクター６から３０フレーム／秒の映像を投影させること、及び前記プロジェクター６からの映像が２枚の反射面を有するスクリーン１３に投影されることから、回転ドラム５の回転数を１５回転／秒、９００ｒｐｍとした。
【００９１】
プロジェクター６の水平に対する上向き角度を１２度とした。これはスクリーン１３のより上部に投影させるために上向き角度を大きくしたいことと、上向き角度が大きすぎるとスクリーン１３上に投影された映像の上部と下部との焦点差が大きくなることとのバランスを検討して決定した。
【００９２】
図８において、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３上端までの距離Ｗを２７ｃｍ、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３中心までの距離Ｌを２５ｃｍ、プロジェクターレンズＡからスクリーン１３下端までの距離Ｒを２３ｃｍとした。
【００９３】
そして、Ｗ値とＲ値をコンピューター７に入力し、コンピューター７により、２３ｃｍ／２７ｃｍから台形歪補正率０．８５が求められた。
【００９４】
以上の準備後に、正面、背面、右側面及び左側面用に配置した４台のカメラ３１、３２、３３及び３４で人物を撮影し、コンピューター６に入力した。
【００９５】
コンピューター７によって、撮影した画像をカメラ３１、３２、３３または３４ごとにそれぞれ用のファイルに保管し、画像の下端を基準として上端を台形歪補正率０．８５によって補正する画像処理が実行された。
【００９６】
そして、以下のプロセスが自動で実行された。それぞれのファイルの保管された画像を同時再生処理するとともに、それぞれの画像を４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３８に３０フレーム／秒の速度で送り、前記４台のプロジェクター３５、３６、３７及び３８から回転ドラムのスクリーン１３に向けて投影された。
【００９７】
９００ｒｐｍで回転する円筒部１１の開口部１２を通過した光は、垂設されたスクリーン１３上に投影され、該スクリーン１３反射面に入射した光は、スクリーン１３反射面に対する入射角と同一の出射角で反射され放物面鏡１０内に入射した。
【００９８】
放物面鏡１０内に入射した光は放物面鏡１０内で反射を繰り返した後、放物面鏡１０の上部開口部２５に約１０ｃｍの人物立体像を結像させた。該人物立体像を浮遊させた放物面鏡の周囲を回りながら、正面、背面、右側面及び左側面から立像状態を確認することができた。
【符号の説明】
【００９９】
１ 放物面鏡
２ 静止物体
３ 結像
４ 観察者の視点
５ 回転ドラム
６ プロジェクター
７ コンピューター
８ 光路
９ 浮遊立像
１０ 放物面鏡
１１ 円筒部
１２ 開口部
１３ スクリーン
１４ スクリーン上の映像
１５ 回転軸
１６ モーター
１７ コロ
２０ 原画
２１ 縮尺調整前の画像
２２ 縮尺調整後の画像
２３ 上部放物面鏡
２４ 下部放物面鏡
３１ カメラＡ
３２ カメラＢ
３３ カメラＣ
３４ カメラＤ
３５ プロジェクターＡ
３６ プロジェクターＢ
３７ プロジェクターＣ
３８ プロジェクラーＤ
Ａ プロジェクターレンズ
Ｘ 投影可能範囲
Ｗ プロジェクターレンズからスクリーン上部までの距離
Ｌ プロジェクターレンズからスクリーン中心部までの距離
Ｒ プロジェクターレンズからスクリーン下部までの距離
α プロジェクターとスクリーンの角度
β プロジェクターレンズ中心部からの広がり角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に垂設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンの前記放物面鏡内に突出しない部分を包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記放物面鏡下部に配設され、前記放物面鏡開口部中心軸の延長線上に回転軸を有し前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、複数の撮影画像を入力し該撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターと、を含む手段からなることを特徴とする浮遊立体表示装置システム。
【請求項２】
円筒部に形成された開口部が前記回転ドラムの回転軸を中心にした対称位置に設けられた２つの四角形状の開口部であり、前記開口部の開口幅が調整可能機構を有することを特徴とする請求項１に記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項３】
平板状のスクリーンの面が前記円筒部の開口部面と平行な位置関係で配設され、前記スクリーンの表裏両面が反射面であることを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項４】
複数のプロジェクターからの映像の上端が前記スクリーンの放物面鏡内に突出させた部分の上端近傍に投影されるように、前記複数のプロジェクターが同一角度で斜め上向きに設置されることを特徴とする請求項１乃至３にいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項５】
コンピューターに、スクリーンの反射面に投影された映像の上端から下端までの縮尺を一致させる画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項６】
コンピューターに、Ｗをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像上端までの距離、Ｒをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像下端までの距離とすると、Ｗ値、Ｒ値を入力し記憶する手順、撮影画像を取り込み原画として記憶する手順、縮小率であるＲ／Ｗを算出する手順、記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小する手順、縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成する手順を実行する画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項７】
コンピューターに同一被写体を複数の少なくとも４つの異なる方向から撮影した映像を記憶する手順、該記憶した少なくとも４つの映像を同時に再生する手順を実行させるための同時再生プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項１】
放物面を形成する鏡を上下に対設しそれぞれの中心部に開口部を有する放物面鏡と、該放物面鏡下部に垂設され、下部放物面鏡開口部より放物面鏡内に一部を突出させた平板状のスクリーンと、該スクリーンの前記放物面鏡内に突出しない部分を包囲するように周設され、一部に開口部が形成された円筒状の円筒部と、前記放物面鏡下部に配設され、前記放物面鏡開口部中心軸の延長線上に回転軸を有し前記スクリーンと前記円筒部とを連結させて回転する回転ドラムと、該回転ドラムの回転軸を中心とする同一円周上に均等間隔で配設した複数のプロジェクターと、複数の撮影画像を入力し該撮影画像の画像歪補正処理及び同時再生処理をするコンピューターと、を含む手段からなることを特徴とする浮遊立体表示装置システム。
【請求項２】
円筒部に形成された開口部が前記回転ドラムの回転軸を中心にした対称位置に設けられた２つの四角形状の開口部であり、前記開口部の開口幅が調整可能機構を有することを特徴とする請求項１に記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項３】
平板状のスクリーンの面が前記円筒部の開口部面と平行な位置関係で配設され、前記スクリーンの表裏両面が反射面であることを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項４】
複数のプロジェクターからの映像の上端が前記スクリーンの放物面鏡内に突出させた部分の上端近傍に投影されるように、前記複数のプロジェクターが同一角度で斜め上向きに設置されることを特徴とする請求項１乃至３にいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項５】
コンピューターに、スクリーンの反射面に投影された映像の上端から下端までの縮尺を一致させる画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項６】
コンピューターに、Ｗをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像上端までの距離、Ｒをプロジェクターのレンズ中心位置からスクリーン上の映像下端までの距離とすると、Ｗ値、Ｒ値を入力し記憶する手順、撮影画像を取り込み原画として記憶する手順、縮小率であるＲ／Ｗを算出する手順、記憶した原画の下端の横寸法を取得し、原画下端の横寸法を基準とし、原画上端の横寸法を前記原画下端の横寸法にＲ／Ｗの縮小率を乗じた横寸法に縮小する手順、縮小した上端と縮小しない下端間における原画の縮尺を漸変させて台形型原画を作成する手順を実行する画像歪補正処理プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【請求項７】
コンピューターに同一被写体を複数の少なくとも４つの異なる方向から撮影した映像を記憶する手順、該記憶した少なくとも４つの映像を同時に再生する手順を実行させるための同時再生プログラムを組み込んだことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の浮遊立体表示装置システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５０２１３（Ｐ２０１１−１５０２１３Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８２９（Ｐ２０１０−１２８２９）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（５００１０５１３７）株式会社ミウラ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（５００１０５１３７）株式会社ミウラ (2)
【Ｆターム（参考）】
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