JP4899805B2 - テレビ電話装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビ電話装置に関し、特に、例えば携帯電話端末のような小型携帯端末にも搭載可能な小型及び薄型のテレビ電話装置に関する。

図１は、従来のテレビ電話機能付き携帯電話端末の例を示す図である。携帯電話端末１００はディスプレイ１０２とカメラ１０４を備え、ディスプレイ１０２と別の位置にレンズ１０６が設けられ、カメラ１０４は、レンズ１０６を通して、例えば、ユーザの顔などを撮影し、撮影された画像は、通信相手の端末に送信される。このとき、ディスプレイ１０２には、通信相手の顔が表示されているので、携帯電話端末１００のユーザは、ディスプレイ１０２を見ながら会話を行う。

すなわち、ユーザがディスプレイ１０２に表示される通信相手の顔を見ているときは、視線はディスプレイ１０２を向いてしまい、カメラ１０４によって撮影されるユーザの顔は、別の所を見ているように通信相手側の端末に表示される。このように、ユーザの視線はディスプレイ１０２の方向を向いており、撮影方向、すなわち、カメラ１０４のレンズ１０６に向いていないので、ディスプレイを通して、通信相手との視線が合わず、対話に不自然さが生じる。

また、携帯電話端末のカメラ機能で、いわゆる自分自身を撮影する場合も、ディスプレイ１０２に表示される自分自身の表情などを確認した後、撮影時は、カメラをレンズ１０６の向きに視線を移す必要がある。このように、テレビ電話装置において、視線を一致させる構成が求められていた。

図２は、視線を一致させることができる従来のテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の構成例を示す図である。ハーフミラー１０８をディスプレイ１０２の手前に配置し、ハーフミラー１０８が、ディスプレイ１０２の表示側の光路を透過させるとともに、撮影側の光路を反射させて、レンズ１０６及びカメラ１０４の方向に導くことで、ディスプレイ１０２を見るための視線とレンズ１０６に向く視線とを一致させることができる。

また、下記特許文献１は、ディスプレイの表示をミラーに反射させ、ミラーの一部にカメラ撮影を可能とする半透過窓を設けた装置について開示し、ユーザはそのミラーに反射された表示を見ながら会話することで、視線一致が得られる構成を示している。

また、下記特許文献２は、投影された画像を表示するスクリーンにカメラ撮影用窓を設けた表示装置について開始、ユーザはそのスクリーンに投影された表示を見ながら会話することで、視線一致を得られる構成を示している。
特開２００４−１３５２７５号公報 特開２００４−２１９７４２号公報

しかしながら、図２の構成では、視線の不一致は解消することができるが、ディスプレイ１０２の表示サイズ全体に対応するハーフミラー１０８を設ける必要があり、その大きさに応じて、装置の奥行きが必要となり、テレビ電話装置を携帯電話端末に組み込む場合、テレビ電話装置の小型化、薄型化の障害となる。

また、特許文献１においては、ディスプレイの表示をミラーに反射させる必要があるため、ディスプレイとミラーに角度を持たせることができる構造（例えば、折り畳み型の携帯電話端末）にテレビ電話装置の形状が限定される。また、ミラーに反射した画像をのぞき込むようにして使用するため、ディスプレイの使用感が従来の携帯電話端末と大きく異なり、ディスプレイを直視するものに対して、使い勝手が大きく劣る。

さらに、特許文献２においては、表示方式に投影方式を採用しており、投影方式以外の表示方式には適用できないので、現在主流の液晶表示には適用できないという問題がある。また、投影スクリーンより手前に投影部が位置する必要があり、テレビ電話装置の形状が限定される（例えば、折り畳み型の携帯電話端末）。

そこで、本発明の目的は、通信相手との対話中に視線を一致させることができるテレビ電話装置において、小型且つ薄型のテレビ電話装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、表示方式を問わず、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを備えるテレビ電話装置において、通信相手との対話中に視線を一致させることができる小型且つ薄型のテレビ電話装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のテレビ電話装置の第一の構成は、カメラで撮影した画像を送信し、受信した画像をディスプレイに表示するテレビ電話装置において、前記ディスプレイと所定間隔を隔てて前記ディスプレイの表面を覆うカバー部と、前記カバー部の内側であって前記ディスプレイの表面上に配置され、前記ディスプレイの表面積より小さいハーフミラーと、前記ディスプレイと前記ハーフミラーとの間に配置され、前記ディスプレイの画像に対応する光の一部を前記ハーフミラーに導く凸レンズである第一のレンズと、前記カバー部と前記ハーフミラーとの間に配置され、前記ハーフミラーを透過した光を前記カバー部に導くと共に、前記カバー部の外側からの光を前記ハーフミラーに導く凸レンズである第二のレンズと、前記第二のレンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、前記カバー部の外側からの光が前記ハーフミラーで反射した光を前記カメラに導く第三のレンズとを備えることを特徴とする。

本発明のテレビ電話装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記ディスプレイの画像に対応する光のうち、前記ハーフミラーを透過しないで前記カバー部に達する光の輝度を、前記ハーフミラーを透過する輝度に減衰するためのフィルタを備えることを特徴とする。

本発明のテレビ電話装置の第三の構成は、上記第一の構成において、前記ハーフミラーは可動にするアクチュエータを備えることを特徴とする。

本発明のテレビ電話装置の第四の構成は、上位第一の構成において、前記ハーフミラー、前記第一のレンズ、前記第二のレンズ及び前記第三のレンズの組み合わせからなる光学ユニットを２組備え、当該２組の光学ユニットは、前記カバー部の内側であって前記ディスプレイの表面上に水平方向に所定間隔離れて互いに配置され、各光学ユニットの前記第三のレンズは、それぞれ前記カメラに設けられる撮像素子の左半分の領域及び右半分の領域に、各光学ユニットの前記ハーフミラーで反射した光を導くことを特徴とする。

本発明によれば、ユーザがディスプレイを見ているときに、そのディスプレイ方向の視線上からユーザの顔を撮影することができるので、通信相手と視線を合わせた自然なテレビ電話が可能となる。

ディスプレイ表面の内側にディスプレイの表面積より十分小さい小型のハーフミラーを設けて撮影するので、テレビ電話装置の小型化、薄型化を実現することができ、携帯電話端末に適用可能となる。

小型のハーフミラーを使用した場合に、ハーフミラーから反射した光をカメラに導くレンズが、ディスプレイ表面の内側に配置する必要となるが、ディスプレイの表示方向にハーフミラーを挟んで凸レンズを配置する構成とすることで、当該レンズの陰がディスプレイ表面に表示されないようにすることができる。

テレビ電話装置に用いられるディスプレイは、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどその種類を問わない。また、カメラの種類（ＣＣＤやＣＭＯＳなど）も問わないので、既存のディスプレイ、カメラをそのまま利用できるため、コストの上昇を抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図３は、本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第一の構成例を示す図である。本発明のテレビ電話装置は、例えばカメラを内蔵する携帯電話端末であって、携帯電話端末の通信機能により、カメラで撮影した画像データの通信を行う。図３は、携帯電話端末のレンズ及びハーフミラー部の断面図であって、レンズハーフミラー部は、レンズ１１４、１１６、１１８及びハーフミラー１２０から構成され、携帯電話端末のディスプレイ１１０と当該ディスプレイ（例えば、液晶）を保護するためにそれと間隔をあけて設けられるカバー（例えば、ガラス部材などで構成される）１１２との間に、ディスプレイ１１０及びカバー１１２の表面積と比べて十分に小さい面積のレンズ１１４、１１６、１１８及びハーフミラー１２０が配置される。

ハーフミラー１２０は、ディスプレイ１１０からの光をカバーに透過させるとともに、カバー１１２からの光を反射させ、カメラ１２２に導く。カメラ１２２は、ハーフミラー１２０で反射した光を撮影できる位置に配置される。

図４は、ディスプレイ１１０からの光路（表示側光路）を示す図であり、図５は、カバー１１２からの光をカメラ１２２に導く光路（撮影側光路）を示す図である。レンズ１１４、１１６は、ハーフミラー１２０を挟んで対向するように配置され、図４に示すように、ディスプレイ１１０からの光は、レンズ１１４を通って、ハーフミラー１２０を透過し、さらに、レンズ１１６を通ってカバー１１２に導かれ、レンズ１１４と１１６を通過する光は、倍率１倍の画像として表示される。また、図５に示すように、カバー１１２からの光は、レンズ１１６を通って、ハーフミラー１２０で反射され、レンズ１１８を通ってカメラ１２２に導かれる。

ハーフミラー１２０は、ディスプレイ１１０及びカバー１１２の表面積に比べて十分に小さいため、ハーフミラー１２０からの反射光を効率よく集光するためには、レンズ１１８をハーフミラー１２０にできるだけ近づけて配置する必要がある。そうすると、図４に示すように、レンズ１１８はディスプレイ１１０の表面上に配置されることとなり、ディスプレイ１１０からの光により、カバー１１２にレンズ１１８の陰が表示されてしまう。

そこで、レンズ１１８を、ハーフミラー１２０を挟んだ両側に設けられた凸レンズであるレンズ１１４、１１６との間に配置し、レンズ１１４、１１６の屈折作用により、図４に示すように、光路を絞り、レンズ１１４とレンズ１１６の間の絞られる前の光路にレンズ１１８を配置することにより、レンズ１１８の陰がカバーに写ってしまうことを避けることができる。

また、レンズ１１４は小口径の凸レンズであって、少なくともユーザの顔の範囲以上の撮像範囲を得られるような画角を有し、その画角を有する画像を、離れた位置のカメラ１２２に導くために、凸レンズであるレンズ１１４、１１８が組み合わせられる。レンズ１１４、１１６、１１８ともに、ハーフミラーの大きさ（数ミリ程度）と同程度かそれより小さい（数ミリメートル以下）極小レンズである。

なお、レンズ１１４とレンズ１１６を通過する光路では、画像が上下反転する。従って、レンズ１１４とレンズ１１６を通過する光路に対する画像部分のディスプレイ１１０上の範囲を求めておき、その範囲の画像は、画像生成段階であらかじめ上下反転させて生成しておく。これによって、レンズ１１４とレンズ１１６を通過した後に、正常な画像として表示される。

図６は、本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第二の構成例を示す図である。第二の構成例では、レンズ１１４とレンズ１１６との間に凹レンズ１１５を配置して（図では、ハーフミラー１２０とレンズ１１４との間に配置される）、レンズ１１４とレンズ１１６を通過する部分の画像が上下反転しない構成とする。これにより、画像生成段階でのデジタル画像処理において、レンズ１１４とレンズ１１６を通過する光路に対する画像部分をあらかじめ上下反転させて生成する必要がなくなる。デジタル画像処理は、テレビ電話装置に内蔵される画像処理プロセッサ（例えばＤＳＰ）によるソフトウェア処理で実現される。

図７は、本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第三の構成例を示す図である。第三の構成例では、カメラ１２２の取り付け向きを表示方向と同一方向（正面方向）にし、レンズ１１８から入射される光をミラー１２４で反射させて、カメラ１２２に導く構成とする。従来の携帯電話端末に内蔵されるカメラは表示方向と同一方向であるので、従来のカメラ部品をそのまま流用できるため、製造コストの増加を抑えることができる。

図８は、本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置である携帯電話端末を示す図である。携帯電話端末のディスプレイ１１０のカバー１１２の内側に、図３乃至図７で説明した本発明に特徴的なレンズ及びハーフミラー部（すなわち、ハーフミラー１２０とレンズ１１４、１１６及び１１８の組み合わせ）が内蔵されるので、撮影されるユーザの視線は、ユーザがディスプレイ１１０の方向を見ている視線となり、通信相手と視線を合わせた自然なテレビ会話が可能となる。レンズ及びハーフミラー部の取り付け位置は、ディスプレイ１１０に通信相手の顔が表示されたときに、その目の位置になると予想される位置付近であることが好ましい。これにより視線一致が得られる。

ユーザが自分自身を撮影する場合でも、ユーザはディスプレイ１１０に表示される自分自身の表情を見ながら撮影することで、撮影方向と視線が一致したカメラ目線の画像を撮影することができる。

図９は、ディスプレイ１１０に配置される減光フィルタを示す図である。ディスプレイ１１０からの光において、レンズ及びハーフミラー部を通った光と、それ以外の光では、輝度が異なる。光がレンズ及びハーフミラー部を通ることにより、輝度が減衰するからである。

そこで、両者の輝度を一様にするために、レンズ及びハーフミラー部を通っていない光の輝度をそこを通った光の輝度に合わせて減衰させる減光フィルタ１３０をディスプレイ１１０に取り付けてもよい。例えば、減光フィルタ１３０は、カバー１１２の内面に貼り付けられる。

減光フィルタ１３０を用いる代わりに、内蔵されるＤＳＰによるデジタル画像処理において、レンズ及びハーフミラー部を通っていない光の輝度を減衰させる処理を行ってもよい。反対に、デジタル画像処理により、レンズ及びハーフミラー部を通る光の輝度を相対的に増幅する処理を行ってもよい。

図１０は、ハーフミラー１２０を可動にする構成を示す図である。図示されるように、ハーフミラー１２０の一端を固定し、他端に圧電素子で構成されるアクチュエータ１３２が取り付けられる。アクチュエータ１３２は図示されない固定端に固定されており、アクチュエータ１３２に電圧を加えることで、アクチュエータ１３２が動くと、その動作に伴ってハーフミラー１２０もその向きが変化する。ハーフミラー１２０を可動とすることで、撮影領域の範囲を変化させ、最適な撮影領域に調整することができる。

取り付けられるアクチュエータ１３２は一つに限らず、例えば、パン（横方向）、チルト（縦方向）の両方可動となるように、複数取り付けられてもよい。

図１１及び図１２は、ステレオ撮影を可能とする構成を説明する図である。図１１に示すように、カバー１１２の内側に、２組のレンズ及びハーフミラー部が水平方向に所定間隔離して配置される。両ハーフミラー１２０の角度を調整して、撮影側の光路を一つのカメラ１２２に導くように構成する。さらに詳しくは、図１２に示されるように、カメラ１２２に搭載される撮像素子（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ）の撮像面の左右いずれか半分の領域に、一方のハーフミラーからの光を入射させ、もう一方の半分の領域に、他方のハーフミラー１２０からの光を入射させる。

これにより、一つのカメラ１２２によりステレオ画像を撮影することができ、既知の処理及び操作により、ユーザは、立体（３Ｄ）画像として見ることができる。

従来のテレビ電話機能付き携帯電話端末の例を示す図である。 視線を一致させることができる従来のテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第一の構成例を示す図である。 液晶ディスプレイ１１０からの光路（表示側光路）を示す図である。 カバー１１２からの光をカメラ１２２に導く光路（撮影側光路）を示す図である。 本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第二の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置のレンズ及びハーフミラー部の第三の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるテレビ電話装置である携帯電話端末を示す図である。 ディスプレイ１１０に配置される減光フィルタを示す図である。 ハーフミラー１２０を可動にする構成を示す図である。 ステレオ撮影を可能とする構成を説明する図である。 ステレオ撮影を可能とする構成を説明する図である。

符号の説明

１１０：ディスプレイ、１１２：カバー、１１４：レンズ、１１５：レンズ、１１６：レンズ、１１８：レンズ、１２０：ハーフミラー、１２２：カメラ、１２４：ミラー、１３０：減光フィルタ、１３２：アクチュエータ

Claims (4)

1. カメラで撮影した画像を送信し、受信した画像をディスプレイに表示するテレビ電話装置において、
   前記ディスプレイと所定間隔を隔てて前記ディスプレイの表面を覆うカバー部と、
   前記カバー部の内側であって前記ディスプレイの表面上に配置され、前記ディスプレイの表面積より小さいハーフミラーと、
   前記ディスプレイと前記ハーフミラーとの間に配置され、前記ディスプレイの画像に対応する光の一部を前記ハーフミラーに導く凸レンズである第一のレンズと、
   前記カバー部と前記ハーフミラーとの間に配置され、前記ハーフミラーを透過した光を前記カバー部に導くと共に、前記カバー部の外側からの光を前記ハーフミラーに導く凸レンズである第二のレンズと、
   前記第二のレンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、前記カバー部の外側からの光が前記ハーフミラーで反射した光を前記カメラに導く第三のレンズとを備えることを特徴とするテレビ電話装置。
2. 請求項１において、
   前記ディスプレイの画像に対応する光のうち、前記ハーフミラーを透過しないで前記カバー部に達する光の輝度を、前記ハーフミラーを透過する輝度に減衰するためのフィルタを備えることを特徴とするテレビ電話装置。
3. 請求項１において、
   前記ハーフミラーは可動にするアクチュエータを備えることを特徴とするテレビ電話装置。
4. 請求項１において、
   前記ハーフミラー、前記第一のレンズ、前記第二のレンズ及び前記第三のレンズの組み合わせからなる光学ユニットを２組備え、当該２組の光学ユニットは、前記カバー部の内側であって前記ディスプレイの表面上に水平方向に所定間隔離れて互いに配置され、
   各光学ユニットの前記第三のレンズは、それぞれ前記カメラに設けられる撮像素子の左半分の領域及び右半分の領域に、各光学ユニットの前記ハーフミラーで反射した光を導くことを特徴とするテレビ電話装置。

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