JP4135040B2 - 撮像装置、表示装置、撮像/表示装置およびそれらを使用した3次元画像表示システム - Google Patents
撮像装置、表示装置、撮像/表示装置およびそれらを使用した3次元画像表示システム Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置、表示装置、撮像/表示装置およびそれらを使用した3次元画像表示システムに関する。詳しくは、撮像装置の撮像面に入力された光が表示装置の表示面よりそのまま出力されるように構成することによって、臨場感の高い3次元画像を得ようとした3次元画像表示システム等に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
テレビジョンの目的はある場所に存在しているものが、あたかも遠隔地にいる視聴者の眼前に存在しているように見せることである。しかし、従来のテレビジョンシステムにおける画像の提示は、カメラの向いている方向の画像を1平面上に投影し、それを遠隔地において再現するということが基本的な仕組みとなっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、従来のテレビジョンシステムでは、結果として以下のような問題点があった。
【0004】
(a)提示される情報はディスプレイ平面上の各点の色(明るさも含む)であり、これはディスプレイ正面から一定の距離をおいて見た時にのみ形状として実際の撮像対象を見ているのと同じものが見えるものであって、視点のディスプレイからの角度や距離を変えた場合には実際には存在しないような画像を見ることになる。
【0005】
具体的には角度に関して言えば、例えば球はどこから見ても断面が円に見えるはずなのに球を撮像したものをディスプレイに表示し、これを正面でない方向から見ると円でなくなる。距離に関して言えば遠近感の問題で、多くの場合ある物体を見ながらその物体に近づいて行けばその物体の見え方は相似形でなく変形をするのにディスプレイに対して近づいていってもディスプレイ上に表示されている物体は大きさが変わるだけで変形をすることはない。
【0006】
(b)人が実在のものを見るときには見たいものに合わせて目の焦点を調節することで色々なものを焦点のあった状態で見ることができるが、ディスプレイ上のものを見る時には表示される画像の撮像の際にどの物体に焦点があっていたかだけで焦点のあった状態で見られる対象が決まってしまう。
【0007】
(c)実在のものを見るときにはそのものの存在している位置に焦点を合わせることになるが、ディスプレイ上にぼけなく表示されている画像をぼけなく見るためには目の焦点を常にディスプレイの画面上に合わせる必要があり、奥行感や立体感を消失させている。
【0008】
(d)ディスプレイを見ている時には左目と右目に入る情報がある平面上の絵柄を別の方向から見たものとなっているため、見ている対象の奥行が全てディスプレイの位置であると感じ、奥行感や立体感がない。
【0009】
なお、立体感の表現のために左右の目に別々の平面画像を提示するような3次元ディスプレイが従来提案されているが、これは上記問題のうち(d)のみを解決するものであって、上記問題を全て解決するようなものは存在しなかった。
【0010】
そこで、この発明では、臨場感の高い3次元画像を得る3次元画像表示システム等を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る撮像装置は、複数の撮像画素部が面形状に配列され、上記各撮像画素部がそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を備え、上記複数の受光手段は、上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、この複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有し、上記導光管は、その側面に吸光物質を有することを特徴とするものである。
【0012】
また、この発明に係る表示装置は、複数の表示画素部が面形状に配列され、上記各表示画素部がそれぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を備え、上記複数の発光手段は、所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、この複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有し、上記導光管は、その側面に吸光物質を有することを特徴とするものである。
【0013】
また、この発明に係る3次元画像表示システムは、複数の撮像画素部が面形状に配列され、上記各撮像画素部がそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有し、上記複数の受光手段は、上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、この複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有する撮像装置と、上記撮像装置の複数の撮像画素部に対応して複数の表示画素部が面形状に配列され、上記各表示画素部がそれぞれ上記各撮像画素部に複数の方向より入力される光に対応した光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の発光手段を有し、上記複数の発光手段は、所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、この複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有する表示装置とを備え、上記撮像装置の有する導光管と上記表示装置の有する導光管のうち少なくとも一方の導光管がその側面に吸光物質を有することを特徴とするものである。
【0014】
この発明において、撮像装置の撮像面には複数の撮像画素部が面形状に配列されている。そして、各撮像画素部は複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有している。例えば、複数の受光手段は、複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、この複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とからなっている。これらの導光管は、その側面に吸光物質を有している。
【0015】
また、表示装置の画面には複数の表示画素部が面形状に配列されている。そして、各表示画素部は画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の
方向に出力する複数の発光手段を有している。例えば、複数の発光手段は、所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、この複数の発光素子で発光される光を複数の方向に出力する複数の導光管とからなっている。これらの導光管は、その側面に吸光物質を有している。
【0016】
表示装置の各表示画素部の複数の発光手段より、撮像装置の各撮像画素部の複数の受光手段に複数の方向より入力される光に対応した光がその入力方向と同一方向に出力されるようにすることで、撮像装置の撮像面に入力された光が表示装置の表示面よりそのまま出力されるように見える状態となる。これにより、どの位置からどのような人数で止まって、または動きながら見ても、表示装置の表示面の向こう側に実際の撮像対象があるかのように見え、臨場感の高い3次元画像を得ることが可能となる。
【0017】
また、この発明に係る撮像/表示装置は、複数の画素部が面形状に配列され、各画素部は、それぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有すると共に、それぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を有してなるものである。上記複数の受光手段は、上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、上記複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有する。上記複数の発光手段は、所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、上記複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有する。上記受光手段及び上記発光手段の導光管のうち少なくとも一方の導光管は、当該導光管の側面に吸光物質を有する。
【0018】
また、この発明に係る3次元画像表示システムは、第1および第2の撮像/表示装置を備えてなり、これら第1および第2の撮像/表示装置は、それぞれ複数の画素部が面形状に配列され、各画素部はそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有すると共に、それぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を有し、第2の撮像/表示装置の各画素部の複数の発光手段は第1の撮像/表示装置の各画素部に複数の方向より入力される光に対応した光をその入力方向と同一方向に出力し、第1の撮像/表示装置の各画素部の複数の発光手段は第2の撮像/表示装置の各画素部に複数の方向より入力される光に対応した光をその入力方向と同一方向に出力するものである。
【0019】
この発明において、撮像/表示装置には複数の画素部が面形状に配列されている。各画素部は、複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有していると共に、画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を有している。
【0020】
第2の撮像/表示装置の各画素部の複数の発光手段より、第1の撮像/表示装置の各画素部の複数の受光手段に複数の方向より入力される光に対応した光が、その入力方向と同一方向に出力されるようにすることで、第1の撮像/表示装置の撮像面に入力された光が第2の撮像/表示装置の表示面よりそのまま出力されるように見える状態となる。一方、第1の撮像/表示装置の各画素部の複数の発光手段より、第2の撮像/表示装置の各画素部の複数の受光手段に複数の方向より入力される光に対応した光が、その入力方向と同一方向に出力されるようにすることで、第2の撮像/表示装置の撮像面に入力された光が第1の撮像/表示装置の表示面よりそのまま出力されるように見える状態となる。
【0021】
これにより、第1および第2の撮像/表示装置のいずれの側にあっても、表示面の向こう側に実際の撮像対象があるかのように見え、互いに臨場感の高い相手側の3次元画像を得ることが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態としての3次元画像表示システム10の回路構成を示している。この画像表示システム10は、撮像装置としてのカメラ11と、このカメラ11より出力される画像データSaに対して圧縮符号化を行う符号器12と、この符号器12の出力データに対してディジタル変調処理を行ってネットワーク14に送出する伝送データSbを得る変調器13とを有している。
【0023】
また、ネットワーク14で送られてくる伝送データSbに対してディジタル復調処理を行う復調器15と、この復調器15の出力データに対して圧縮復号化処理を行って画像データSaを得る復号器16と、この画像データSaによる3次元画像を表示する表示装置としてのディスプレイ17とを有している。
【0024】
図2A〜D、図3Aは、カメラ11の撮像面11Fの構成を示している。図2Aは撮像対象側から見た撮像面11Fの正面図、図2Bは撮像面11Fの概略側面図、図2Cおよび図3Aは撮像面11Fの断面拡大図、図2Dは後述する撮像画素部を拡大して示した正面拡大図である。撮像面11Fは、図2Aに示すように、複数の撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)がマトリクス状に配列されて構成されている。なお、この配列は一例であって、複数の撮像画素部が平面的に配列されていればよい。
【0025】
また、各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)は、複数の方向(図示の例では25方向)より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有する構成とされる。各受光手段は、図2C,Dおよび図3Aに示すように、複数の方向より入力される光を導く複数の導光管11aと、この複数の導光管11aで導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子11bとから構成される。
【0026】
この場合、各導光管11aの向きは、複数の方向に対応するようにそれぞれ異なるようにされている。図2Cおよび図3Aの断面拡大図には導光管11aの向きが垂直方向にのみ変化している場合を示しているが、導光管11aの向きは水平方向にも変化している。したがって、各撮像画素部を拡大して見たとき、導光管11aの開口部は、図2Dに示すように見える。
【0027】
各導光管11aで導光管の方向に対応する一定方向より入力される光のみを受光素子11bに導くため、各導光管11aの側面側は例えばカーボン等の吸光物質11cで覆われている。このように各導光管11aの側面側を吸光物質11cで覆うことで、各導光管11aに入力される光のうち、導光管の向いている方向とのずれの大きなものは吸光物質11cにより吸収される。
【0028】
なお、各受光素子11bとしては、特定の波長の光に反応する1つ、または例えばR(赤),G(緑),B(青)に対応するような複数の光電変換素子などが用いられる。
【0029】
カメラ11の撮像面11Fを上述したような構造とすることで、平面上の複数の点、すなわち撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)において、それぞれ複数の方向から入力する光のスペクトルを検出することができる。
【0030】
図2E〜H、図3Bは、ディスプレイ17の表示面17Fの構成を示している。図2Eは光の出力側から見た表示面17Fの正面図、図2Fは表示面17Fの概略側面図、図2Gおよび図3Bは表示面17Fの断面拡大図、図2Hは後述する表示画素部を拡大して示した正面拡大図である。なお、図2E,Hに示す正面図、正面拡大図は、上述したカメラ11の撮像面11Fとの関係の説明が容易となるように左右を反転した図としている。
【0031】
表示面17Fは、撮像面11Fと大きさ形状がほぼ等しく形成される。そして、この表示面17Fは、図2Eに示すように、撮像面11Fの複数の撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)に1対1に対応して、複数の表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)がマトリクス状に配列されて構成されている。なお、この配列は一例であって、複数の表示画素部が上述した撮像面11Fの複数の撮像画素部に対応して配列されていればよい。この場合、撮像面11Fの複数の撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)と、表示面17Fの複数の表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)とは、破線図示するように、撮像面11Fの正面図(図2A)と表示面17Fの左右を反転した正面図(図2E)とで同じ位置の画素部が対応する。
【0032】
また、各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)は、それぞれ上述した撮像面11Fの各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段に1対1に対応した複数の発光手段を有している。これら各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段は、撮像面11Fの各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光を上記入力方向と同一の方向に出力するためのものである。
【0033】
ここで、各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段と各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段とは、破線図示するように、撮像面11Fの正面拡大図(図2D)と表示面17Fの左右を反転した正面拡大図(図2H)において、点対称の位置にあるものが対応する。
【0034】
各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段は、図2G,Hに示すように、上述した各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段を構成する受光素子11bに入力される複数の方向からの光と同様に見えるスペクトル情報を持つ光を発光するための複数の発光素子17bと、この複数の発光素子17bで発光される光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の導光管17aとから構成される。
【0035】
この場合、各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の導光管17aの方向は、対応する各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の導光管11aの方向と左右上下が対称とされている。図2Gの断面拡大図には導光管17aの向きが垂直方向にのみ変化している場合を示しているが、導光管17aの向きは水平方向にも変化している。したがって、各撮像画素部を拡大して見たときに見える導光管17aの開口部は、図2Hに示すようになる。
【0036】
各発光素子17bで発光された光を導光管17aより導光管の方向に対応する一定方向に出力するため、各導光管17aの側面側は例えばカーボン等の吸光物質17cで覆われている。このように各導光管17aの側面側を吸光物質17cで覆うことで、各導光管17aに入力される光のうち、導光管の向いている方向とのずれの大きなものは吸光物質17cにより吸収される。なお、各発光素子17bとしては、特定の波長の光を発する1つ、または例えばR,G,Bに対応するような複数のLED(light emitting diode)などが用いられる。
【0037】
図1に戻って、カメラ11およびディスプレイ17の回路構成を説明する。まず、カメラ11について説明する。カメラ11は、撮像面11Fの各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子11bの検出出力をそれぞれ増幅する複数のアンプ11eと、この複数のアンプ11eの出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/Dコンバータ11fと、このA/Dコンバータ11fより出力される複数の受光素子11bの検出出力に対応した複数のデータを多重化するマルチプレクサ11gと、このマルチプレクサ11gの出力データをパラレルデータからシリアルデータに変換して画像データSaを得るパラレル/シリアル変換器11hとを有して構成されている。
【0038】
また、ディスプレイ17は、画像データSaをシリアルデータからパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換器17eと、この変換器17eの出力データより上述したカメラ11における複数の受光素子11bの検出出力に対応した複数のデータを分離するデマルチプレクサ17fと、このデマルチプレクサ17fより出力される複数のデータをディジタル信号からアナログ信号に変換するD/Aコンバータ17gと、このD/Aコンバータ17gより出力されるカメラ11における複数の受光素子11bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子11bに対応する表示面17Fの各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子17bを駆動するドライバ17hとを有して構成されている。
【0039】
次に、図1に示す3次元画像表示システム10の動作を説明する。カメラ11の撮像面11Fの各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)にはそれぞれ複数の方向より撮像対象に係る光が供給される。そして、各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)において、それぞれ複数の受光手段を構成する複数の受光素子11bによって複数の方向より入力される光のスペクトル情報が検出される。
【0040】
そして、カメラ11において、撮像面11Fの各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子11bの検出出力はアンプ11eで増幅され、A/Dコンバータ11fでアナログ信号からディジタル信号に変換され、その後にマルチプレクサ11gで多重化され、さらにパラレル/シリアル変換器11hでパラレルデータからシリアルデータに変換されて画像ータSaとされる。
【0041】
カメラ11より出力される画像データSaは符号器12で圧縮符号化され、さらに変調器13でディジタル変調される。そして、この変調器13より出力される伝送データSbはネットワーク14に送出される。また、ネットワーク14より得られる伝送データSbは復調器15でディジタル復調され、さらに復号器16で圧縮復号化される。そして、この復号器16より出力される画像データSaがディスプレイ17に供給される。
【0042】
そして、ディスプレイ17において、画像データSaがシリアル/パラレル変換器17eでシリアルデータからパラレルデータに変換され、デマルチプレクサ17fで上述したカメラ11における複数の受光素子11bの検出出力に対応した複数のデータに分離される。この複数のデータはD/Aコンバータ17gでアナログ信号に変換され、このD/Aコンバータ17gより出力されるカメラ11における複数の受光素子11bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子11bに対応する表示面17Fの各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子17bがドライバ17hによって駆動される。
【0043】
これにより、ディスプレイ17の表示面17Fの各表示画素部Q(1,1)〜Q(i,j)の複数の発光手段からは、カメラ11の各撮像画素部P(1,1)〜P(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光が、その入力方向と同一の方向に出力される。したがって、どの位置からどのような人数で止まって、または動きながら見ても、ディスプレイ17の表示面17Fの向こう側に実際の撮像対象があるかのように見える。
【0044】
このように、図1に示す3次元画像表示システム10は、カメラ11の撮像面11Fに入力された光がディスプレイ17の表示面17Fよりそのまま出力されるように構成したものであり、ディスプレイ17側で臨場感の高い3次元画像を得ることができる。
【0045】
なお、3次元画像表示システム10は、カメラ11より出力される画像データSaが圧縮符号化およびディジタル変調された後にネットワーク14を介してディスプレイ17側に供給されるであるが、例えば図4〜図6に示すように構成することも考えられる。これら図4〜図6において、図1と対応する部分には同一符号を付して示している。
【0046】
図4に示す3次元画像表示システム10Aは、カメラ11より出力される画像データSaを直接ディスプレイ17に供給するようにしたものである。図5に示す3次元画像表示システム10Bは、変調器13より出力される伝送データSbを送信アンテナ21を通じて送信し、受信アンテナ22で受信された伝送データSbを復調器15に供給するようにしたものである。さらに、図6に示す3次元画像表示システム10Cは、カメラ11より出力される画像データSaを記録装置23に供給してテープ状あるいはディスク状記録媒体、または半導体メモリ等に記録し、再生装置24でテープ状あるいはディスク状記録媒体、または半導体メモリ等より画像データSaを再生し、この画像データSaをディスプレイ17に供給するようにしたものである。
【0047】
ところで、図1に示す3次元画像表示システム10は、カメラ11で撮像した画像をディスプレイ17で表示するものであり、第1の地点の画像を第2の地点に送るという一方向の画像通信しか実現できない。しかし、第1の地点の画像を第2の地点に送ると同時に、第2の地点の画像を第1の地点に送るという双方向の画像通信ができれば便利である。
【0048】
図7は、この発明の第2の実施の形態としての3次元画像表示システム20の構成を示している。この3次元画像表示システム20は、第1の地点側の撮像/表示系21と、第2の地点側の撮像/表示系22とを備えてなり、これらの撮像/表示系21,22がネットワーク23を介して接続されて構成されている。
【0049】
撮像/表示系21は、撮像/表示装置としてのディスプレイカメラ24と、このディスプレイカメラ24より出力される画像データSa1に対して圧縮符号化処理を行う符号器25と、この符号器25の出力データに対してディジタル変調処理を行って伝送データSb1を得る変調器26と、この伝送データSb1をネットワーク23を介して撮像/表示系22に送信すると共に、撮像/表示系22より送信されてくる伝送データSb2を受信するための送受信部27と、この伝送データSb2に対してディジタル復調処理を行う復調器28と、この復調器28の出力データに対して圧縮復号化処理を行ってディスプレイカメラ24に供給する画像データSa2を得る復号器29とを有している。
【0050】
撮像/表示系22は、撮像/表示装置としてのディスプレイカメラ31と、このディスプレイカメラ31より出力される画像データSa2に対して圧縮符号化処理を行う符号器32と、この符号器32の出力データに対してディジタル変調処理を行って伝送データSb2を得る変調器33と、この伝送データSb2をネットワーク23を介して撮像/表示系21に送信すると共に、撮像/表示系21より送信されてくる伝送データSb1を受信するための送受信部34と、この伝送データSb1に対してディジタル復調処理を行う復調器35と、この復調器35の出力データに対して圧縮復号化処理を行ってディスプレイカメラ31に供給する画像データSa1を得る復号器36とを有している。
【0051】
図8A〜D,図9Aは、ディスプレイカメラ24の撮像/表示面24Fの構成を示している。図8Aは撮像対象側ないしは画像観察者側から見た撮像/表示面24Fの正面図、図8Bは撮像/表示面24Fの概略側面図、図8Cおよび図9Aは撮像/表示面24Fの断面拡大図、図8Dは後述する画素部を拡大して示した正面拡大図である。撮像/表示面24Fは、図8Aに示すように、複数の画素部R(1,1)〜R(i,j)がマトリクス状に配列されて構成されている。なお、この配列は一例であって、複数の画素部が平面的に配列されていればよい。
【0052】
また、各画素部R(1,1)〜R(i,j)は、複数の方向(図示の例では25方向)より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有すると共に、後述するディスプレイカメラ31の各画素部S(1,1)〜S(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の発光手段を有している。
【0053】
複数の受光手段は、図8C,Dおよび図9Aに示すように、複数の方向より入力される光を導く複数の導光管24aと、この複数の導光管24aで導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子24bとから構成される。複数の発光手段は、図8C,Dおよび図9Aに示すように、ディスプレイカメラ31の各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の受光手段を構成する受光素子31bに入力される複数の方向からの光と同様に見えるスペクトル情報を持つ光を発光するための複数の発光素子24cと、この複数の発光素子24cで発光される光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の導光管24dとから構成される。
【0054】
この場合、各導光管24a,24dの向きは、複数の方向に対応するようにそれぞれ異なるようにされている。図8Cおよび図9Aの断面拡大図には導光管24a,24dの向きが垂直方向にのみ変化している場合を示しているが、導光管24a,24dの向きは水平方向にも変化している。したがって、各画素部を拡大して見たとき、導光管24a,24dの開口部は、図8Dに示すように見える。
【0055】
各導光管24aで導光管の方向に対応する一定方向より入力される光のみを受光素子24bに導くため、さらには各発光素子24cで発光された光を導光管24dより導光管の方向に対応する一定方向に出力するため、各導光管24a,24dの側面側は例えばカーボン等の吸光物質24eで覆われている。このように各導光管24a,24dの側面側を吸光物質24eで覆うことで、各導光管24a,24dに入力される光のうち、導光管の向いている方向とのずれの大きなものは吸光物質24eにより吸収される。
【0056】
なお、各受光素子24bとしては、特定の波長の光に反応する1つ、または例えばR(赤),G(緑),B(青)に対応するような複数の光電変換素子などが用いられる。同様に、各発光素子24cとしては、特定の波長の光を発する1つ、または例えばR,G,Bに対応するような複数のLED(light emitting diode)などが用いられる。
【0057】
図8E〜H,図9Bは、ディスプレイカメラ31の撮像/表示面31Fの構成を示している。図8Eは撮像対象側ないしは画像観察者側から見た撮像/表示面31Fの正面図、図8Fは撮像/表示面31Fの概略側面図、図8Gおよび図9Bは撮像/表示面31Fの断面拡大図、図8Hは後述する画素部を拡大して示した正面拡大図である。なお、図8E,Hに示す正面図、正面拡大図は、上述したディスプレイカメラ24の撮像/表示面24Fとの関係の説明が容易となるように左右を反転した図としている。
【0058】
撮像/表示面31Fは、撮像/表示面24Fと大きさ形状がほぼ等しく形成される。そして、この撮像/表示面31Fは、図8Eに示すように、撮像/表示面24Fの複数の画素部R(1,1)〜R(i,j)に1対1に対応して、複数の画素部S(1,1)〜S(i,j)がマトリクス状に配列されて構成されている。なお、この配列は一例であって、複数の画素部が上述した撮像/表示面24Fの複数の画素部に1対1に対応して配列されていればよい。この場合、撮像/表示面24Fの複数の画素部R(1,1)〜R(i,j)と、撮像/表示面31Fの複数の画素部S(1,1)〜S(i,j)とは、破線図示するように、撮像/表示面24Fの正面図(図8A)と撮像/表示面31Fの左右を反転した正面図(図8E)とで同じ位置の画素部が対応する。
【0059】
また、各画素部S(1,1)〜S(i,j)は、それぞれ上述した撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の受光手段に1対1に対応した複数の発光手段を有している。これら各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段は、撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光を上記入力方向と同一の方向に出力するためのものである。同様に、各画素部S(1,1)〜S(i,j)は、それぞれ上述した撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の発光手段に1対1に対応した複数の受光手段を有している。
【0060】
ここで、撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜P(i,j)の複数の受光手段、発光手段と、撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段、受光手段とは、破線図示するように、撮像/表示面24Fの正面拡大図(図8D)と撮像/表示面31Fの左右を反転した正面拡大図(図8H)において、点対称の位置にあるものが対応する。
【0061】
図8G,Hおよび図9Bに示すように、複数の受光手段は、複数の方向より入力される光を導く複数の導光管31aと、この複数の導光管31aで導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子31bとから構成される。複数の発光手段は、図8G,Hおよび図9Bに示すように、ディスプレイカメラ24の各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の受光手段を構成する受光素子24bに入力される複数の方向からの光と同様に見えるスペクトル情報を持つ光を発光するための複数の発光素子31cと、この複数の発光素子31cで発光される光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の導光管31dとから構成される。
【0062】
この場合、各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の導光管31aの方向は、対応する各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の導光管24dの方向と左右上下が対称とされている。同様に、各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の導光管31dの方向は、対応する各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の導光管124aの方向と左右上下が対称とされている。図8Gおよび図9Bの断面拡大図には導光管31a,34dの向きが垂直方向にのみ変化している場合を示しているが、導光管31a,34dの向きは水平方向にも変化している。したがって、各画素部を拡大して見たとき、導光管31a,31dの開口部は、図8Hに示すように見える。
【0063】
各導光管31aで導光管の方向に対応する一定方向より入力される光のみを受光素子31bに導くため、さらには各発光素子31cで発光された光を導光管31dより導光管の方向に対応する一定方向に出力するため、各導光管31a,31dの側面側は例えばカーボン等の吸光物質31eで覆われている。このように各導光管31a,31dの側面側を吸光物質31eで覆うことで、各導光管31a,31dに入力される光のうち、導光管の向いている方向とのずれの大きなものは吸光物質31eにより吸収される。
【0064】
なお、各受光素子31bとしては、特定の波長の光に反応する1つ、または例えばR(赤),G(緑),B(青)に対応するような複数の光電変換素子などが用いられる。同様に、各発光素子31cとしては、特定の波長の光を発する1つ、または例えばR,G,Bに対応するような複数のLED等が用いられる。
【0065】
図7に戻って、ディスプレイカメラ24,31の回路構成を説明する。まず、ディスプレイカメラ24について説明する。ディスプレイカメラ24は、撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子24bの検出出力をそれぞれ増幅する複数のアンプ24fと、この複数のアンプ24fの出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/Dコンバータ24gと、このA/Dコンバータ24gより出力される複数の受光素子24bの検出出力に対応した複数のデータを多重化するマルチプレクサ24hと、このマルチプレクサ24hの出力データをパラレルデータからシリアルデータに変換して画像データSa1を得るパラレル/シリアル変換器24iとを有している。
【0066】
また、ディスプレイカメラ24は、画像データSa2をシリアルデータからパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換器24jと、この変換器24jの出力データよりディスプレイカメラ31における複数の受光素子31bの検出出力に対応した複数のデータを分離するデマルチプレクサ24kと、このデマルチプレクサ24kより出力される複数のデータをディジタル信号からアナログ信号に変換するD/Aコンバータ24mと、このD/Aコンバータ24mより出力されるディスプレイカメラ31における複数の受光素子31bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子31bに対応する撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子24cを駆動するドライバ24nとを有している。
【0067】
次に、ディスプレイカメラ31について説明する。ディスプレイカメラ31は、撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子31bの検出出力をそれぞれ増幅する複数のアンプ31fと、この複数のアンプ31fの出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/Dコンバータ31gと、このA/Dコンバータ31gより出力される複数の受光素子31bの検出出力に対応した複数のデータを多重化するマルチプレクサ31hと、このマルチプレクサ31hの出力データをパラレルデータからシリアルデータに変換して画像データSa2を得るパラレル/シリアル変換器31iとを有している。
【0068】
また、ディスプレイカメラ31は、画像データSa1をシリアルデータからパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換器31jと、この変換器31jの出力データよりディスプレイカメラ24における複数の受光素子24bの検出出力に対応した複数のデータを分離するデマルチプレクサ31kと、このデマルチプレクサ31kより出力される複数のデータをディジタル信号からアナログ信号に変換するD/Aコンバータ31mと、このD/Aコンバータ31mより出力されるディスプレイカメラ24における複数の受光素子24bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子24bに対応する撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子31cを駆動するドライバ31nとを有している。
【0069】
次に、図7に示す3次元画像表示システム20の動作を説明する。ディスプレイカメラ24の撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)にはそれぞれ複数の方向より撮像対象に係る光が供給される。そして、各画素部R(1,1)〜R(i,j)において、それぞれ複数の受光手段を構成する複数の受光素子24bによって複数の方向より入力される光のスペクトル情報が検出される。
【0070】
そして、ディスプレイカメラ24において、撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子24bの検出出力はアンプ24fで増幅され、A/Dコンバータ24gでアナログ信号からディジタル信号に変換され、その後にマルチプレクサ24hで多重化され、さらにパラレル/シリアル変換器24iでパラレルデータからシリアルデータに変換されて画像ータSa1とされる。
【0071】
ディスプレイカメラ24より出力される画像データSa1は符号器25で圧縮符号化され、さらに変調器26でディジタル変調される。そして、この変調器26より出力される伝送データSb1は、送受信部27よりネットワーク23に送出される。また、ネットワーク23から送受信部34で取得される伝送データSb1は復調器35でディジタル復調され、さらに復号器36で圧縮復号化される。そして、この復号器36より出力される画像データSa1がディスプレイカメラ31に供給される。
【0072】
そして、ディスプレイカメラ31において、画像データSa1がシリアル/パラレル変換器31jでシリアルデータからパラレルデータに変換され、デマルチプレクサ31kで上述したディスプレイカメラ24における複数の受光素子24bの検出出力に対応した複数のデータに分離される。この複数のデータはD/Aコンバータ31mでディジタル信号からアナログ信号に変換され、このD/Aコンバータ31mより出力されるディスプレイカメラ24における複数の受光素子24bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子24bに対応する撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子31cがドライバ31nによって駆動される。
【0073】
これにより、ディスプレイカメラ31の撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の発光手段からは、ディスプレイカメラ24の各画素部R(1,1)〜R(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光が、その入力方向と同一の方向に出力される。したがって、どの位置からどのような人数で止まって、または動きながら見ても、ディスプレイカメラ31の撮像/表示面31Fの向こう側に実際の撮像対象があるかのように見える。
【0074】
また、ディスプレイカメラ31の撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)にはそれぞれ複数の方向より撮像対象に係る光が供給される。そして、各画素部S(1,1)〜S(i,j)において、それぞれ複数の受光手段を構成する複数の受光素子31bによって複数の方向より入力される光のスペクトル情報が検出される。
【0075】
そして、ディスプレイカメラ31において、撮像/表示面31Fの各画素部S(1,1)〜S(i,j)の複数の受光手段を構成する複数の受光素子31bの検出出力はアンプ31fで増幅され、A/Dコンバータ31gでアナログ信号からディジタル信号に変換され、その後にマルチプレクサ31hで多重化され、さらにパラレル/シリアル変換器31iでパラレルデータからシリアルデータに変換されて画像ータSa2とされる。
【0076】
ディスプレイカメラ31より出力される画像データSa2は符号器32で圧縮符号化され、さらに変調器33でディジタル変調される。そして、この変調器33より出力される伝送データSb2は、送受信部34よりネットワーク23に送出される。また、ネットワーク23から送受信部27で取得される伝送データSb2は復調器28でディジタル復調され、さらに復号器29で圧縮復号化される。そして、この復号器29より出力される画像データSa2がディスプレイカメラ24に供給される。
【0077】
そして、ディスプレイカメラ24において、画像データSa2がシリアル/パラレル変換器24jでシリアルデータからパラレルデータに変換され、デマルチプレクサ24kで上述したディスプレイカメラ31における複数の受光素子31bの検出出力に対応した複数のデータに分離される。この複数のデータはD/Aコンバータ24mでディジタル信号からアナログ信号に変換され、このD/Aコンバータ24mより出力されるディスプレイカメラ31における複数の受光素子31bの検出出力に対応した信号に基づいて、その複数の受光素子31bに対応する撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の発光手段を構成する複数の発光素子24cがドライバ24nによって駆動される。
【0078】
これにより、ディスプレイカメラ24の撮像/表示面24Fの各画素部R(1,1)〜R(i,j)の複数の発光手段からは、ディスプレイカメラ31の各画素部S(1,1)〜S(i,j)に複数の方向より入力される光に対応した光が、その入力方向と同一の方向に出力される。したがって、どの位置からどのような人数で止まって、または動きながら見ても、ディスプレイカメラ24の撮像/表示面24Fの向こう側に実際の撮像対象があるかのように見える。
【0079】
このように、図7に示す3次元画像表示システム20は、ディスプレイカメラ24,31の撮像面24F,31Fに入力された光が、それぞれディスプレイカメラ31,24の表示面31F,24Fよりそのまま出力されるように構成したものであり、ディスプレイカメラ24,31側で、それぞれ臨場感の高い相手側の3次元画像を得ることができる。これにより、ディスプレイカメラ24,31側では、撮像/表示面24F,31Fがあたかも窓であるかのような形で相手側の画像を見、コミニュケーションをとることができる。
【0080】
なお、3次元画像表示システム20は、ディスプレイカメラ24,31がネットワーク23を介して接続されるものであるが、直接接続すること(図4参照)、無線通信路を介して接続すること(図5参照)、記録装置、再生装置等の伝送路を介して接続すること(図6参照)も考えられる。
【0081】
また、上述実施の形態においては、カメラ11の撮像面11F、ディスプレイ17の表示面17F、さらにはディスプレイカメラ24,31の撮像/表示面24F,31Fが平面的に形成されたものを示したが、必ずしも平面的である必要はなく、半球面等の任意の面形状とすることができる。
【0082】
【発明の効果】
この発明によれば、撮像装置の撮像面に入力された光が表示装置の表示面よりそのまま出力されるように構成できる。また、導光管に入力される光のうち、導光管の向いている方向とのずれの大きなものは吸光物質により吸収される。したがって、どの位置からどのような人数で止まって、または動きながら見ても、表示装置の表示面の向こう側に実際の撮像対象があるかのように見え、臨場感の高い3次元画像を得ることができる。また、撮像機能と表示機能の双方を持つ撮像/表示装置を使用することで、互いに離れた2地点の間で臨場感の高い3次元画像による双方向の画像通信も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態としての3次元画像表示システムの回路構成を示すブロック図である。
【図2】カメラの撮像面とディスプレイの表示面の構成を示す図である。
【図3】撮像面、表示面の断面拡大図である。
【図4】3次元画像表示システムの変形例の回路構成を示すブロック図である。
【図5】3次元画像表示システムの変形例の回路構成を示すブロック図である。
【図6】3次元画像表示システムの変形例の回路構成を示すブロック図である。
【図7】第2の実施の形態としての3次元画像表示システムの回路構成を示すブロック図である。
【図8】ディスプレイカメラの撮像/表示面の構成を示す図である。
【図9】撮像/表示面の断面拡大図である。
【符号の説明】
10,10A〜10C・・・3次元画像表示システム、11・・・カメラ、11F・・・撮像面、11a・・・導光管、11b・・・受光素子、11c・・・吸光物質、12・・・符号器、13・・・変調器、14・・・ネットワーク、15・・・復調器、16・・・復号器、17・・・ディスプレイ、17F・・・表示面、17a・・・導光管、17b・・・発光素子、17c・・・吸光物質、20・・・3次元画像表示システム、21,22・・・撮像/表示系、23・・・ネットワーク、24,31・・・ディスプレイカメラ、24F,31F・・・撮像/表示面、24a,24d,31a,31d・・・導光管、24b,31b・・・受光素子、24c,31c・・・発光素子、24e,31e・・・吸光物質
Claims (5)
- 複数の撮像画素部が面形状に配列され、
上記各撮像画素部がそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を備え、
上記複数の受光手段は、
上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、
この複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有し、
上記導光管は、その側面に吸光物質を有することを特徴とする撮像装置。 - 複数の表示画素部が面形状に配列され、
上記各表示画素部がそれぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を備え、
上記複数の発光手段は、
所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、
この複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有し、
上記導光管は、その側面に吸光物質を有することを特徴とする表示装置。 - 複数の撮像画素部が面形状に配列され、上記各撮像画素部がそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有し、上記複数の受光手段は、上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、この複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有する撮像装置と、
上記撮像装置の複数の撮像画素部に対応して複数の表示画素部が面形状に配列され、上記各表示画素部がそれぞれ上記各撮像画素部に複数の方向より入力される光に対応した光を上記入力方向と同一の方向に出力する複数の発光手段を有し、上記複数の発光手段は、所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、この複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有する表示装置とを備え、
上記撮像装置の有する導光管と上記表示装置の有する導光管のうち少なくとも一方の導光管がその側面に吸光物質を有する
ことを特徴とする3次元画像表示システム。 - 複数の画素部が面形状に配列され、
上記各画素部は、
それぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段と、
それぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を上記複数の方向に出力する複数の発光手段とを備え、
上記複数の受光手段は、
上記複数の方向より入力される光を導く複数の導光管と、
上記複数の導光管で導かれる光のスペクトル情報を検出する複数の受光素子とを有し、
上記複数の発光手段は、
所定のスペクトル情報を持つ光を発光する複数の発光素子と、
上記複数の発光素子で発光される光を上記複数の方向に出力する複数の導光管とを有し、
上記受光手段及び上記発光手段の導光管のうち少なくとも一方の導光管は、当該導光管の側面に吸光物質を有することを特徴とする撮像/表示装置。 - 第1および第2の撮像/表示装置を備えてなり、
上記第1および第2の撮像/表示装置は、
それぞれ複数の画素部が面形状に配列され、各画素部はそれぞれ複数の方向より入力される光のスペクトル情報を検出する複数の受光手段を有すると共に、それぞれ画素に関連した所定のスペクトル情報を持つ光を複数の方向に出力する複数の発光手段を有し、
上記第2の撮像/表示装置の各画素部の上記複数の発光手段は、
上記第1の撮像/表示装置の各画素部に複数の方向より入力される光に対応した光をその入力方向と同一方向に出力し、
上記第1の撮像/表示装置の各画素部の上記複数の発光手段は、
上記第2の撮像/表示装置の各画素部に複数の方向より入力される光に対応した光をその入力方向と同一方向に出力することを特徴とする3次元画像表示システム。
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