JPH0713105A

JPH0713105A - 観察者追従型立体表示装置

Info

Publication number: JPH0713105A
Application number: JP5150167A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tetsuya; 信二鉄谷; Fumio Kishino; 文郎岸野
Original assignee: ATR TSUSHIN SYST KENKYUSHO KK
Current assignee: ATR TSUSHIN SYST KENKYUSHO KK
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は立体像を見る観察者の位置に制限
をなくし、観察者の観察姿勢の自由度を大きくできるよ
うな観察者追従型立体表示装置を提供することを主要な
特徴とする。【構成】２枚のレンティキュラレンズ８１，８２と透
過型拡散層８３とによって立体表示用スクリーン８を構
成し、右画像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プ
ロジェクタ９Ｌとからなる立体用プロジェクタ９から立
体表示用スクリーン８に向けて映像を投影し、ステレオ
計測装置１１で観察者１０の視点および両眼位置を検出
し、観察者１０の動きと立体用プロジェクタ９の動きと
を連動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は観察者追従型立体表示
装置に関し、特に、立体画像を必要とする分野である立
体テレビ，立体ビデオ，遠隔地間で相互通信する立体テ
レビ電話，会議などのように、観察位置に応じた画像表
示が求められる会議などに使用されるような観察者追従
型立体表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、三次元画像を表示する手段と
して、レンティキュラレンズシートを用いた方式がある
（大越孝敬：三次元画像光学，産業図書）。この方式で
は、特殊な眼鏡（偏光眼鏡，液晶シャッタ眼鏡）などを
必要としないので、不快感がなく立体像を見ることがで
きる。

【０００３】図９はそのような立体画像表示装置の一例
を示す図である。図９において、異なる４方向の画像が
４台のカメラ４１，４２，４３，４４によって撮像さ
れ、その画像が４台のプロジェクタ２１，２２，２３，
２４に入力されて、立体表示用スクリーン７に向けて投
影される。立体表示用スクリーン７は２枚のレンティキ
ュラレンズ１，１を張合わせ、その間に透過型拡散層５
を設けた構造になっている。レンティキュラレンズ１の
焦点面は、概ね透過型拡散層５の位置に設定されてい
る。観察者３は立体表示用スクリーン７を挟んでプロジ
ェクタ２とは反対側に位置している。

【０００４】図１０は図９に示した立体画像表示装置に
おいて、画像が立体に見える原理を説明するための図で
ある。図１０において、異なる４方向の画像がプロジェ
クタ２１，２２，２３，２４で立体表示用スクリーン７
に向けて投影される。立体表示用スクリーン７の特徴
は、立体表示用スクリーン７に対して、投影距離と同じ
距離に投影された像が再現されることである。各プロジ
ェクタ２１，２２，２３，２４を両眼間隔に並べると、
再現される像６１，６２，６３，６４も観察距離で両眼
間隔に再現される。図１０に示した例では、観察者３が
プロジェクタ２２，２３で投影された像を見ている。投
影された再現像６２，６３には映像視差があるため、観
察者３は立体像を見ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図９および図１０に示
した従来の立体画像表示装置において、観察者３が見る
ことのできる立体視領域は約６．５ｃｍ（人間の両眼間
隔）×（方向数−１）となる。図１０に示した例では、
立体視領域は１３．５ｃｍとなり、十分ではない。多人
数で見るときには、１３．５ｃｍ周期でも立体像を見る
ことができるが、中心で見る観察者と周辺で見る観察者
はほぼ同じ立体像を見ることになる。臨場感を伴う会議
を想定した場合に、この方法では斜め方向から見た場
合、決して斜め方向の映像を見ることができない。そこ
で、観察者の視点方向に応じた立体画像を見るために
は、多数の入力カメラ４と同等数のプロジェクタ２を使
用すれば実現できるが、入力系，表示系における装置の
規模が大きくなるとともにコストも高くなってしまう。
さらに、この方法で左右方向の立体視域を広げることも
できるが、奥行方向の立体視距離を広げることができな
いという問題点がある。また、観察者が頭を傾けた場
合、観察者の左右の眼が上下にずれて提示された左右画
像との対応がとれず、立体像を観察できなく場合もあ
る。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、立
体像を見る観察者の位置に制限をなくし、観察者の観察
姿勢の自由度を大きくすることができるような観察者追
従型立体表示装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は２枚の光学レ
ンズと、その２枚の光学レンズの間に設けられる透過型
拡散面とを有する透過型の立体表示用スクリーンと、立
体表示用スクリーンの一方側から投影手段により右眼画
像と左眼画像とからなる立体像を立体表示用スクリーン
に投影し、立体表示用スクリーンの他方側から立体像を
観察するようにした観察者追従型立体表示装置におい
て、立体表示用スクリーンの他方側から立体像を観察す
る観察者の位置およびその観察者の両眼の位置を検出す
る検出手段と、その検出出力に応じて観察者の動きに対
応させて投影手段を移動させる制御手段とを備えて構成
される。

【０００８】

【作用】この発明に係る観察者追従型立体表示装置は、
観察者の位置および観察者の両眼の位置を検出して投影
手段を観察者と１対１で対応させ、観察者の観察位置に
応じて投影手段を移動させることにより、観察者の立体
像を観察する位置に制限をなくし、観察者が頭を傾けた
り、回転させても立体像を観察できる。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図である。
図１において、立体表示用スクリーン８は２枚のレンテ
ィキュラレンズ８１，８２およびそれらの間に設けられ
る透過型拡散層８３とから構成されている。レンティキ
ュラレンズ８１，８２の焦点面は概ね透過型拡散層８３
とされる。立体用プロジェクタ９は右画像投影用プロジ
ェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェクタ９Ｌとから構成
されており、立体表示用スクリーン８に向けて投影を行
なう。立体用プロジェクタ９は観察者１０の動きと連動
しており、図１上で観察者１０が右方向に移動すると立
体用プロジェクタ９は右に移動し、観察者１０が左方向
に移動すると立体用プロジェクタ９も左に移動し、観察
者１０が立体表示用スクリーン８に近づくと立体用プロ
ジェクタ９も立体表示用スクリーン８に近づき、観察者
１０が立体表示用スクリーン８から離れると立体用プロ
ジェクタ９も立体表示用スクリーン８から離れる動きを
する。

【００１０】図１に示す矢印は、観察者１０が右方向に
移動した場合を示しており、立体用プロジェクタ９も同
じ方向に移動する。立体用プロジェクタ９は台車９１上
に設けられていて、この台車９１が前後および左右方向
に移動することにより、立体用プロジェクタ９を３６０
°自由に移動できる。なお、立体用プロジェクタ９を３
６０°自由に移動させるために、台車９１に限ることな
くその他の手段を設けるようにしてもよい。

【００１１】立体用プロジェクタ９で投影される画像
は、観察者１０の視点の位置に対応している。なお、図
１においては、観察者を１人について説明したが、観察
者の人数を限ることなく、観察者の人数に対応した立体
用プロジェクタを用いてもよい。観察者１０の視点およ
び両眼位置は、ステレオ計測装置１１によって計測され
る。ステレオ計測装置１１は２台の赤外線カメラ１７
１，１７２から構成されており、赤外線カメラ１７１，
１７２から赤外線を観察者１０に向けて照射し、観察者
１０の網膜の反射による瞳孔を２台の赤外線カメラ１７
１，１７２で撮影し、その画像情報をもとに両眼の位置
および視点の位置を求める。

【００１２】図２はこの発明の一実施例の概略ブロック
図である。図２において、図１に示した赤外線カメラ１
７１，１７２の出力は制御部３１に与えられる。図１に
は図示していなかったが、観察者１０にはその頭部の動
きを検出するために位置検出部１７３が設けられてい
る。この位置検出部１７３はたとえば三次元磁気センサ
（IEEE Trans. Aerosp & Electron. Syst., Vol. AES-1
5, No.5 1979）が用いられる。これは、観察者１０に磁
気センサを取付け、磁気ソースからの距離および方向の
情報から視点，両眼位置を求める。なお、観察者１０の
位置はこれに限らず、顔の特徴点を利用した画像処理に
よる方法（テレビ技法、Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３６，１
９頁〜２４頁，１９９０）および赤外線を用いた距離検
出用ＰＳＤを２台用いて観察者１０の位置を測定するよ
うにしてもよい。

【００１３】制御部３１は赤外線カメラ１７１，１７２
のそれぞれの出力と位置検出部１７３の出力に応じて、
観察者１０と立体用プロジェクタ９が１対１で動作させ
るように台車９１を制御する。

【００１４】図３は観察者が頭を傾けたときの立体用プ
ロジェクタの動作を説明するための図である。図３
（ａ）は観察者１０が頭を真っ直ぐに位置した場合を示
しており、そのときの観察者１０の両眼間隔とほぼ同じ
間隔でプロジェクタ９Ｒと９Ｌとが配置されている。た
だし、この場合のレンティキュラレンズ８１と８２は概
ね同一焦点距離と同一ピッチとする。この条件では、立
体用スクリーン８からの観察者１０の距離と立体用プロ
ジェクタ９との距離は概ね等しい。

【００１５】次に、図３（ｂ）は観察者１０が頭を傾け
た場合である。この状態の両眼の位置はステレオ計測装
置１１で撮影されて測定される。この位置情報をもとに
プロジェクタ９Ｒと９Ｌとを移動させる。立体用プロジ
ェクタ９は右画像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影
用プロジェクタ９Ｌとを独立に動かすことができる。右
画像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェク
タ９Ｌは観察者１０の眼の位置と同じ動きをする。

【００１６】図３に示した観察者１０と立体用プロジェ
クタ９の配置は図１と同じである。このため、観察者１
０の右眼が下に下がる場合は、右画像投影用プロジェク
タ９Ｒが下に下がる動きをする。また、図３（ｂ）で
は、正面から見た場合、観察者１０の水平方向に両眼の
間隔が狭まるため、立体用プロジェクタ９の右画像投影
用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェクタ９Ｌの
間隔が観察者１０の水平方向の両眼間隔と同じにされ
る。上述の説明では、レンティキュラレンズ８１と８２
の一致，焦点距離を同じものとして説明したが、焦点距
離およびピッチが異なる場合は、観察者１０の両眼間隔
と右画像投影用プロジェクタ９Ｒおよび左画像投影用プ
ロジェクタ９Ｌの間隔が異なり、立体用スクリーン８か
らの観察者１０の距離と立体用プロジェクタ９との距離
も異なることは当然である。なお、立体用プロジェクタ
９の右画像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロ
ジェクタ９Ｌの移動機構は限定されるものではない。

【００１７】図４は観察者１０が頭を回転させたときの
立体用プロジェクタ９の動きを示す図である。図４にお
いて、観察者１０が図４において反時計回りに頭を回し
た場合は、立体用プロジェクタ９のプロジェクタ部は時
計回りに回転する。

【００１８】図５はプロジェクタを前述の図３に示した
ように並べたとき、プロジェクタ間の間隔が観察者１０
の両眼幅に設定できない場合の構成を示す図である。図
５（ａ）は立体用プロジェクタ１５を正面から見た図で
あり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示したプロジェクタ１
５を上方から見た図である。図５（ａ）において、右画
像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェクタ
９Ｌとの間には鏡１２が配置され、右画像投影用プロジ
ェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェクタ９Ｌをそれぞれ
内側に向け、鏡１２を介して立体用スクリーン８に映像
を投影する。この場合、観察者の両眼の上下位置に合せ
て右画像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロジ
ェクタ９Ｌはそれぞれ上下に移動できる。また、図５
（ｂ）に示すように、観察者の両眼の幅に合せて、右画
像投影用プロジェクタ９Ｒと左画像投影用プロジェクタ
９Ｌが移動する。

【００１９】図５（ｃ）は横方向移動用レール１４と縦
方向移動用レール１３を用いて立体用プロジェクタ１６
を移動させるようにしたものであり、観察者の位置情報
に基づいて、プロジェクタ１６が移動するように制御さ
れる。

【００２０】図６は立体表示用スクリーンとして蠅の眼
レンズを用いた例を示す図である。蠅の眼レンズ１８は
凸レンズ１９の集合体であり、立体用に用いる場合に
は、蠅の眼レンズ１８を２枚張合せて使用される。

【００２１】図７は図６に示した蠅の眼レンズを用いた
場合の観察者と立体用プロジェクタの関係を説明するた
めの図である。図７において、観察者１０の顔が横にな
った場合でも、立体用プロジェクタ１９を同様に横向き
に設定することにより、観察者１０は立体像を観察でき
る。

【００２２】図８は２枚のレンティキュラレンズを重ね
た立体用スクリーンを説明するための図である。この図
８に示した例は、図６に示した蠅の眼レンズ１８に代え
て、２枚のレンティキュラレンズ２０，２０を垂直にな
るように重ねて立体用スクリーン２１としたものであ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、観察
者の位置および観察者の両眼の位置を検出し、投影手段
を観察者と１対１で対応させ、観察者の位置情報を元に
投影手段を移動させ、観察者の両眼の位置情報をもとに
投影手段の右眼用および左眼用の移動手段を移動させる
ことにより、観察者の立体像を観察する位置に制限をな
くすことができ、観察者が頭を傾けたり、回転させても
立体像を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】この発明の一実施例の概略ブロック図である。

【図３】観察者が頭を傾けたときの立体用プロジェクタ
の動作を説明するための図である。

【図４】観察者が頭を回転させたときの立体用プロジェ
クタの動きを説明するための図である。

【図５】立体用プロジェクタを図３に示すように配置し
たときのプロジェクタ間の間隔が観察者の両眼幅に設定
できない場合の構成を説明するための図である。

【図６】蠅の眼レンズを用いて立体表示用スクリーンを
構成した例を示す図である。

【図７】観察者の顔が横になった場合に立体用プロジェ
クタを横向きにして立体像を観察できる状態を示す図で
ある。

【図８】立体用スクリーンの他の例を示す図である。

【図９】従来の立体画像表示装置の一例を示す図であ
る。

【図１０】２枚のレンティキュラレンズを重ねた立体用
スクリーンを説明するための図である。

【符号の説明】

８立体表示用スクリーン９，１５，１６，１９立体用プロジェクタ１１ステレオ計測装置１２鏡１３縦方向移動用レール１４横方向移動用レール１７赤外線カメラ１８蠅の眼レンズ２０，８１，８２レンティキュラレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の光学レンズと該２枚の光学レンズ
の間に設けられる透過型拡散面とを有する透過型の立体
表示用スクリーンと、前記立体表示用スクリーンの一方
側から投影手段により右眼画像と左眼画像とからなる立
体像を前記立体表示用スクリーンに投影し、前記立体表
示用スクリーンの他方側から前記立体像を観察するよう
にした観察者追従型立体表示装置において、前記立体表示用スクリーンの他方側から前記立体像を観
察する観察者の位置および該観察者の両眼の位置を検出
する検出手段と、前記検出手段の検出出力に応じて、前記観察者の動きに
対応させて前記投影手段を移動させる制御手段とを備え
た、観察者追従型立体表示装置。