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立体ディスプレイ コモンズ

国内特許コード P140010554
整理番号 06-116
掲載日 2014年5月21日
出願番号 特願2007-169295
公開番号 特開2009-008837
登録番号 特許第4958289号
出願日 平成19年6月27日(2007.6.27)
公開日 平成21年1月15日(2009.1.15)
登録日 平成24年3月30日(2012.3.30)
発明者
  • 吉田 俊介
  • ロペス・グリベール ロベルト
  • 井ノ上 直己
出願人
  • 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明の名称 立体ディスプレイ コモンズ
発明の概要 【課題】特殊な眼鏡を用いることなく任意の方向から複数人により観察可能でありかつ触覚的な物体の存在感を得ることが可能な立体画像を提示する立体ディスプレイを提供する。
【解決手段】複数の要素表示面1の組み合わせにより立体的な外面を有するように立体表示面1が形成される。立体表示面1に沿って触覚センサ23が設けられる。各要素表示面2は、光を発生する複数の画素により構成される空間光変調器21と、空間光変調器21の各画素から発生される光の方向を制御する光線制御子22とを含む。制御部は、立体表示面1により囲まれる仮想空間に立体画像が提示されるように空間光変調器21を制御するとともに、触覚センサ23の検出信号に応答して空間光変調器21により提示される立体画像を変化させる。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


一般的な立体ディスプレイとしては、左右の両眼に異なる画像を与える二眼式立体視ディスプレイがある。ここで、立体視ディスプレイは、物体表面から発せられる光をスクリーンを通る光線として記述し再生する方式の立体ディスプレイである。二眼式立体視ディスプレイにおいて正確な立体感を表現するためには、常に観察者の視点位置を検出し、その視点位置からの観察に適した左右2枚分の画像を作成してスクリーン上に表示し続ける必要がある。通常は、観察者に特殊な眼鏡を装着させることにより左右の画像を分離して眼に提示する。そのため、画像を観察できるのは一人だけである。



裸眼で画像を観察可能な立体ディスプレイとしてホログラフィがある。ホログラフィでは、ホログラムのスクリーン面を通過するあらゆる方向の光線の状態を記録し、記録した光線の状態をアナログ的に再現することができる。任意の視点からスクリーン面を観察した際に、観察者は、本来の物体が発していた光線と同じ光線を観察できるため、あたかもそこに物体が存在するかのように感じられる。しかしながら、ホログラフィでは、静止画しか表示することができない。



多眼式立体視ディスプレイは、アナログ的に光線の状態を再現できるホログラフィに対して、再現される光線空間をスクリーン上で数方向に離散化させることにより情報量を減らし、立体画像を電子的に再現することを可能にする。この多眼式立体視ディスプレイは、スクリーン上にレンズ等の光線制御子を配置し、複数の視点においてスクリーンを観察した際に見えるべき物体の適切な画像を提示するものである。



上記の立体ディスプレイにより表現される立体画像は、平面状のスクリーンの手前か奥に限定され、スクリーンの枠により物体が存在するという感覚を得にくい。また、立体ディスプレイを移動させるかまたは画像自体を変化させない限り物体の裏側へ回り込んで観察することはできない。そのため、直接的に立体画像を操作するという感覚も得にくい。また、観察者に画像を手に持つ感覚を与えることは目的としておらず、立体画像から触覚は得られない。



さらに、裸眼かつ複数人で同時に観察可能なボリュームディスプレイがある。ボリュームディスプレイは、空間を発光させることにより物体の表面から発せられる光を再現する方式の立体ディスプレイである。このボリュームディスプレイとしては、走査方式、奥行き標本化方式等が提案されている。走査方式は、空気の一点をレーザで加熱し、発光させるものである。奥行き標本化方式は、高速回転する円盤形スクリーンに同期して画像を投影するものである。



ボリュームディスプレイによれば、提示される物体の画像を任意の方向から観察することができ、画像の後に回り込んで裏側から観察することも可能である。しかしながら、レーザによる発光を行い、または高速駆動する機械部が必要となるため、安全上の問題が懸念される。また、比較的大きな表示面および駆動系が必要であるため、手に持つ感覚を与える画像表示は実現されない。



非特許文献1には、視点に応じて画像を変化させることにより平面画像ながら擬似的に立体感を得るシステムである「メディアキューブ」について報告されている。メディアキューブは、平面型のディスプレイを直方体に組み合わせて作製された表示部を有する。この直方体の表示部の内部が仮想空間に相当する。仮想空間の内部の仮想物体が操作者の頭部の位置に応じて各面に表示される。メディアキューブは、手にとって様々な方向から観察することが可能であるため、三次元形状の把握をより直感的にかつ容易に行うことができる。



一方、特許文献1には、複数枚の三次元画像表示装置を組み合わせた三次元画像表示システムが記載されている。各三次元画像表示装置は、表示面内に画素がマトリクス状に配置された表示ユニットと、その表示ユニットの画素からの光線を制限して観察領域に光線を向ける複数の光線制御部を有する光学ユニットとを備える。この三次元画像表示システムによれば、三次元画像を回り込んで観察することができる。
【非特許文献1】
川上直樹、外3名、“バーチャル・ホログラムの手法によるメディアキューブの試作”、日本バーチャルリアリティ学会大会論文集,Vol.1,1996年10月
【特許文献1】
特開2006-98775号公報

産業上の利用分野



本発明は、立体画像を提示する立体ディスプレイに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の要素表示面の組み合わせにより全方向から観察可能で操作者が全方向から接触可能な立体的な外面を有するように形成される立体表示面と、
操作者による前記立体表示面への全方向からの接触を検出可能に前記立体表示面に沿って設けられる触覚センサと、
前記立体表示面の表示を制御する制御手段とを備え、
前記複数の要素表示面は、光を発生する複数の画素により構成される空間光変調器と、
前記空間光変調器の各画素から発生される光の方向を制御する光線制御子とを含み、
前記制御手段は、前記立体表示面により囲まれる仮想空間に全方向から観察可能な立体画像が提示されるように前記空間光変調器を制御するとともに、前記触覚センサの出力信号に応答して操作者が触れた前記立体表示面の部分に対応する立体画像の部分が変化するように前記空間光変調器を制御することを特徴とする立体ディスプレイ。

【請求項2】
前記空間光変調器は、平面型マトリクス表示素子を含むことを特徴とする請求項1記載の立体ディスプレイ。

【請求項3】
前記光線制御子は、複数のレンズからなるレンズアレイまたは複数の回折格子からなる回折格子アレイを含むことを特徴とする請求項1または2記載の立体ディスプレイ。

【請求項4】
前記立体表示面は、前記仮想空間に提示される立体画像の立体形状と類似する外面を有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の立体ディスプレイ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007169295thum.jpg
出願権利状態 登録
※ 詳細内容の開示にあたっては、別途、JSTと秘密保持契約を締結していただくことが必要となります。


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