JPH07159723A - 立体画像表示装置 - Google Patents

立体画像表示装置

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JPH07159723A
JPH07159723A JP5304380A JP30438093A JPH07159723A JP H07159723 A JPH07159723 A JP H07159723A JP 5304380 A JP5304380 A JP 5304380A JP 30438093 A JP30438093 A JP 30438093A JP H07159723 A JPH07159723 A JP H07159723A
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observer
display device
image display
face
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Shigeru Omori
繁 大森
Tomohiko Hattori
知彦 服部
Atsushi Suzuki
淳 鈴木
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Terumo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 空間変調素子10に右目用画像および左目用
画像を表示し、撮影装置14によって撮影された観察者
の顔半面像および該顔半面像のネガポジ反転像を観察者
像表示装置12に表示し、その顔半面像およびネガポジ
反転像を照明として、レンズ11により、前記右目用画
像または左目用画像をその観察者の右目または左目のみ
に観察されるよう働かせる。 【効果】 左右の眼へそれぞれの画像を振り分ける作用
を有する眼鏡を不要とし、観察者の移動が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用、家庭用もしく
は医療用に用いる立体画像表示装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の立体画像表示装置としては、左右
の振り分け機能を有する眼鏡を観察者が装着することに
より、画像表示面に時分割表示された右眼用および左眼
用のステレオ画像を前記観察者のそれぞれ右眼および左
眼のみで観察できるようにしたもの、もしくは、レンチ
キュラ板を画像表示面に貼り付け、前記レンチキュラ板
の画像振り分け機能により、右眼用および左眼用のステ
レオ画像を前記観察者のそれぞれ右眼および左眼のみで
観察できるようにしたものが一般的である。
【0003】図6は、前記従来の立体画像表示装置の一
例の構成を示したもので、60は左右の振り分け機能を
有する眼鏡、61a、61bは液晶シャッター、62は
同期回路、63は画像表示装置としてカラーCRTであ
る。
【0004】以上のように構成された従来の第1の例に
おける立体画像表示装置の動作を説明する。カラーCR
T63には、右眼用、左眼用のステレオ画像が時分割に
て交互に表示される。眼鏡60の液晶シャッター61a
は、前記右眼用のステレオ画像が出画されたときのみ開
いて透過状態となり、液晶シャッター61bは、前記左
眼用のステレオ画像が出画されたときのみ開いて透過状
態となるよう同期回路62により開閉状態を制御するこ
とにより、眼鏡60を装着した観察者は、右眼で右眼用
のステレオ画像のみを観察し、左眼で左眼用のステレオ
画像のみを観察することで立体視を行う。
【0005】図7は、従来の第2の立体画像表示装置の
構成を示したもので、71はシリンドリカルレンズがス
トライプ状に多数形成されたレンチキュラ板、72は画
像表示装置としてカラーCRTである。
【0006】以上のように構成された従来の第2の立体
画像表示装置の動作を説明する。カラーCRT72に
は、右眼用、左眼用のステレオ画像が、レンチキュラ板
71のストライプ幅のほぼ半分の幅を有するスリット状
に、互い違いに同時に表示される。観察者の右眼は、レ
ンチキュラ板71のそれぞれのシリンドリカルレンズを
通して、前記スリット状に表示されている右眼用のステ
レオ画像のみを観察し、同様に左眼は前記スリット状に
表示されている左眼用のステレオ画像のみを観察するこ
とで立体視を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
らの検討によれば、上記のような第1の従来例における
立体画像表示装置では、ステレオ画像を観察者の右眼お
よび左眼に独立して観察させるために左右の振り分け機
能を有する眼鏡が不可欠となり、該眼鏡は観察者にとっ
て煩わしいものとなっていた。
【0008】また表示させるステレオ画像は右眼用と左
眼用の画像を時分割にて切り替える必要があるため、画
像にちらつきが生じ、立体画像を観察する上での障害に
なるという課題を有していた。
【0009】また、第2の従来例における立体画像表示
装置では、ストライプ状のレンズ越しにステレオ像を観
察するため、立体視が可能となる観察者の位置的許容度
が狭く、観察者が移動した場合には画像が劣化し、また
多人数が同時に観察することが困難であるという著しい
制約が生じ、また画像をストライプ状に表示させるため
の画像処理が必要になるため、装置が高価になるという
課題を有していた。
【0010】また、医療の分野では内視鏡下手術が行わ
れる際、通常手術は術者が内視鏡によって写し出された
患者の腹腔内の平面画像をモニターにて観察することに
よって行われているが、前記腹腔内のモニター画像は腹
腔内全体が単一色であるため特徴が少なく、患部の遠近
感の確認が困難となるため、手術時間が延びる傾向があ
り、患者や術者にかかる負担も大きかった。
【0011】これに対し、上記従来の第1、第2の立体
画像表示装置を用いた場合、左右の振り分け眼鏡、画像
のちらつきや観察者の移動の制限に伴う煩わしさ等が実
用化の妨げとなっているのが現状である。
【0012】本発明は、左右の振り分け機能を有する眼
鏡を必要とせず、観察者の位置に依存することなく同時
に多人数が立体視できる立体画像表示装置を提供するこ
とを目的とする。
【0013】また、本発明は、上記の目的に加え、ちら
つきの無い画面を有する立体画像表示装置を提供するこ
とを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の解決すべき課題
は、ステレオ画像を表示するための光透過性を有する空
間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より照明するた
めの観察者像表示装置と、前記空間変調素子と前記観察
者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示装置の表示
部分を拡大するためのレンズと、観察者の顔半面像を撮
影するための撮影装置とを備え、前記観察者像表示装置
は、前記撮影装置によって撮影された観察者の顔半面像
および該顔半面像のネガポジ反転像を、前記空間変調素
子を照明するための図形として表示することを特徴とす
る立体画像表示装置によって達成される。
【0015】前記立体画像表示装置は、ステレオ画像を
時分割表示するための光透過性を有する空間変調素子
と、前記空間変調素子を裏面より照明するための観察者
像表示装置と、前記空間変調素子と前記観察者像表示装
置の間に位置し前記観察者像表示装置の表示部分を拡大
するためのレンズと、観察者の顔半面像を撮影するため
の撮影装置とを備え、前記観察者像表示装置は、前記撮
影装置によって撮影された観察者の顔半面像および該顔
半面像のネガポジ反転像を前記空間変調素子を照明する
ための図形として、前記空間変調素子の時分割表示に同
期させて表示することを特徴とするものであることが好
ましい。
【0016】また、前記立体画像表示装置は、ステレオ
画像を表示するための光透過性を有する一対の空間変調
素子と、前記空間変調素子をそれぞれ裏面より照明する
ための一対の観察者像表示装置と、前記空間変調素子と
前記観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示装
置の表示部分を拡大するための一対のレンズと、前記一
対の空間変調素子に表示される画像を1つに合成するた
めのハーフミラーと、観察者の顔半面像を撮影するため
の撮影装置とを備え、前記一対の観察者像表示装置のそ
れぞれは、前記撮影装置によって撮影された観察者の顔
半面像および該顔半面像のネガポジ反転像を前記空間変
調素子を照明するための図形として表示させることを特
徴とするものであっても良い。
【0017】前記立体画像表示装置は、観察者の顔半
面、すなわち右顔面又は左顔面を照明するための赤外線
照明装置を備え、前記撮影装置は前記照明装置の赤外線
波長に対し選択的に撮像できるものとすることが好まし
い。
【0018】前記立体画像表示装置は、観察者の右顔面
または左顔面を所定の波長の赤外線で照明するための照
明装置を備え、前記撮影装置は前記照明装置の赤外線波
長に対し選択的に透過できる波長フィルタを設けたもの
であることが好ましい。
【0019】前記立体画像表示装置においては、前記観
察者像表示装置の画像出力面を、前記レンズの焦点距離
外に設置することが好ましい。
【0020】前記立体画像表示装置においては、空間変
調素子として透過型液晶ディスプレイもしくは光透過性
フィルムを用いることが好ましい。
【0021】前記立体画像表示装置においては、照明装
置として赤外線を放射するランプユニットもしくは赤外
域の発光波長を有するLEDを用いることが好ましい。
【0022】前記レンズは指向性を有するものが好まし
く、具体的には凸レンズまたはフレネルレンズが好まし
い。
【0023】前記立体画像表示装置においては、立体視
すべき被写体像を導く2方向より撮影するための一対の
鏡筒と、得られた一対の被写体像をそれぞれ電気信号に
変換するための一対の撮像素子を備えた内視鏡とを備
え、前記撮像素子にて得られた像を前記立体画像表示装
置に表示させるものとすることが可能である。
【0024】
【作用】本発明における立体画像表示装置の作用を、前
記撮影装置が観察者の顔の右半面像を撮影する場合につ
いて説明する。
【0025】前記の構成により、観察者は、観察者像表
示装置に表示されたその観察者の右顔面像を、レンズを
通して観察者の右目のみで虚像として見ることになる。
すなわち、観察者の右目には、前記レンズの拡大作用に
よって、前記観察者像表示装置に表示された観察者像の
右顔面部がレンズいっぱいに拡大されて見え、左目に
は、前記レンズの拡大作用によって、前記観察者像表示
装置における観察者像の左顔面部に相当する部分がレン
ズいっぱいに拡大されて見えるのであるが、この時、前
記観察者像表示装置における観察者像の左顔面部に相当
する部分は、表示が無い、すなわち発光していないた
め、左目には前記観察者像表示装置の表示は見えない。
ここで、前記観察者像表示装置における観察者像の左顔
面部に相当する部分の表示が無いのは、前記撮影装置が
観察者の顔の右半面像のみを撮影しているためである。
【0026】レンズいっぱいに拡大された観察者の右顔
面像は、そのまま空間変調素子に表示された右目用画像
のための照明となる。すなわち、この時観察者の右目は
前記右目用画像を見ることになり、左目には該右目用画
像は見えない。
【0027】空間変調素子に表示された画像が左目用画
像であるときは、観察者像表示装置には上述した観察者
の右顔半面像のネガポジ反転像を表示する。ネガポジ反
転像とはすなわち、発光部と無発光部とが逆転した画像
であるから、この場合は観察者の右目は左目用画像を見
ることはできず、観察者の左目のみが左目用画像を見る
ことになる。
【0028】このようにして得られる右目用画像と左目
用画像を合成する方法としては、様々な方法が考えられ
るが、観察者像表示装置の表示と空間変調素子の表示と
を同期させながら、時分割で交互に表示する方法、又
は、観察者像表示装置とレンズと空間変調素子とをそれ
ぞれ2台づつ設け、それぞれを独立して右目用、左目用
とし、ハーフミラーを用いて合成させる方法、が好まし
い。画像のちらつきが無いという点では後者がより好ま
しい。
【0029】以上について、ここでは前記撮影装置が観
察者の顔の右半面像を撮影する場合について説明した
が、左右の条件をすべて入れ替えても同様の効果が得ら
れることは言うまでもない。
【0030】また、観察者が移動すると前記観察者像表
示装置に表示された観察者自身の顔半面像も追従するた
め、前述した立体視条件は維持されることとなる。同様
の理由により観察者が多人数である場合においてもそれ
ぞれの観察者において立体視が可能となる。
【0031】また、本発明は、観察者の右顔面又は左顔
面を照明するための照明装置を備え、前記照明装置の照
明を観察者に認識されない赤外線照明とし、前記撮影装
置は前記照明装置の赤外線波長に対し選択的に撮像でき
るよう波長フィルタを設けたものとすることにより、外
乱光の影響を排除し、観察者に不快感を与える事なく容
易に観察者の顔半面像を得ることができるものとするこ
とができる。
【0032】
【実施例】
(実施例1)図1は、本発明の第1実施例における立体
画像表示装置の構成を示したものである。図1におい
て、10は空間変調素子として透過型の液晶ディスプレ
イ、11は空間変調素子10の裏面に位置するレンズと
して焦点距離150mmのフレネルレンズである。12
は発光機能を有する観察者像表示装置として白黒CRT
であり、レンズ11を挟んで空間変調素子10と反対側
に位置し、レンズ11の焦点距離よりも遠い、レンズ1
1より160mm離れた位置に設置する。13は照明装
置として波長約850nmのLEDライト、14は撮影
装置として白黒CCDカメラ、15は白黒CCDカメラ
14より得た画像と、該画像のネガポジ反転像とを白黒
CRT12に交互に時分割表示させる信号処理装置、1
6、17はそれぞれ立体画像を観察する観察者を示して
いる。
【0033】図2は、LED13により、観察者16、
17を正面やや右側より照明する様子を示したもので、
20はLED13の光が当たっている領域を示す。
【0034】図3は、白黒CCDカメラ14の断面図で
あり、30は撮像レンズ、31は波長フィルタとして干
渉フィルタであり、32はCCDチップを収めた撮像素
子、33は撮像素子32の駆動回路、34は被写体を示
す。
【0035】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作を図1から図3を用いて説明する。図1における
観察者16および17が観察するステレオ画像は、その
右眼用画像と左眼用画像とが、ビデオテープレコーダー
やレーザーディスクプレーヤー、もしくは一対のテレビ
カメラ等のステレオ画像出力装置からの信号によって、
液晶ディスプレイ10に時分割で交互に表示されること
により発生する。ここで、時分割の表示は1秒間に10
〜25コマの画像を交互に表示するのが好ましい。分割
が10コマより少ないと画像のちらつきが激しすぎるた
め観察に適さず、25コマより多いと液晶ディスプレイ
10の応答が間に合わず、右(左)用画像が左(右)目
に認識できてしまうような左右の画像のクロストークが
起きる虞れがある。
【0036】観察者16および17の前方右わきに配置
されたLED13は、図2に示したように、観察者16
および17の顔面における右半面の領域20を照らすよ
うに位置決めする。LED13は上述のように波長約8
50nmの赤外線光であり、白黒CCDカメラ14には
図3で示したように、撮像素子32と撮像レンズ30の
間に波長850±20nmの光透過特性を有する干渉フ
ィルタ31を挿入するため、被写体が撮像素子32に結
像する際には、波長850±20nmの赤外線光で照明
された部分だけが画像として残る。したがって、前記し
た構成によれば、CCDカメラ14は、図2における領
域20だけを撮影して観察者の右顔半面像を得ることが
できる。
【0037】得られた右顔面像は信号処理装置15に送
られ、ネガポジ反転像が作られる。また、信号処理装置
15は、液晶ディスプレイ10の時分割表示に同期し
て、液晶ディスプレイ10に右眼用画像が表示されたと
きは白黒CRT12に右顔半面像を上下逆さまに表示さ
せ、液晶ディスプレイ10に左眼用画像が表示されたと
きは白黒CRT12にネガポジ反転像を上下逆さまに表
示させる。ここで、白黒CRT12には、フレネルレン
ズ11の作用を考慮して、前述の右顔面像およびネガポ
ジ反転像を上下反転させて表示させる。また、この際、
顔面領域が白く高輝度で表示されるよう白黒CRT12
の輝度およびコントラスト並びにCCDカメラ14のレ
ンズ絞り等を調整しておく。
【0038】次に、フレネルレンズ11の作用について
説明する。フレネルレンズ11は、白黒CRT12に上
下反転して表示された観察者像を、観察者16、17が
虚像として観察できるよう設置するが、白黒CRT12
との距離をフレネルレンズ11の焦点距離外に設定する
ことにより、各観察者の右眼、左眼に白黒CRT12の
画面上におけるそれぞれ右顔、左顔に当たる領域のみ
を、独立してしかもフレネルレンズ11の有効径を限度
として拡大して観察させることができる。このため、観
察者の右顔面像が表示された場合には、観察者16、1
7にとって自分自身の右顔面像が、フレネルレンズ11
の有効径相当の大きさの右眼への選択性を有する照明と
して作用するものとすることができる。この時、観察者
16、17の左顔面に相当する領域は発光しないため、
左眼には白黒CRT12からの光は入光しない。同様に
該右顔面像のネガポジ反転像が表示された場合には、右
顔面像が表示されたときの無発光部分が発光部となるた
め、該発光部がフレネルレンズ11の有効径相当の大き
さの左眼への選択性を有する照明として作用する。この
時、該右顔面像における発光部であった領域は発光しな
いため、右眼には白黒CRT12からの光は入光しな
い。
【0039】以上説明した本装置の動作により、図1に
おける液晶ディスプレイ10に表示された右眼用のステ
レオ画像は、観察者16および17の右眼だけにとり裏
面より照明されて観察可能となり、液晶ディスプレイ1
0に表示された左眼用のステレオ画像は、観察者16お
よび17の左眼だけにとり裏面より照明されて観察可能
となるため、観察者16および17は前記一対のステレ
オ画像を観察でき、共に立体視が可能となる。また観察
者16および17が移動しても図2に示したLEDによ
る照明条件が維持される限り立体視ができることにな
る。
【0040】なお、前記実施例においては、空間変調素
子として透過型の液晶ディスプレイを用いたが、空間変
調素子は光透過性を有し、ステレオ画像を表示できるも
のであればよく、例えば画像を記録したフィルムであっ
てもよい。また、ライトとして用いたLEDは、赤外波
長領域の波長を放射できるものであればよく、例えばハ
ロゲンランプに波長フィルタを装着し、放射波長帯域を
制限したものであってもよい。
【0041】以上について、ここでは前記撮影装置が観
察者の右顔の半面像を撮影する場合について説明した
が、左右の条件をすべて入れ替えても同様の効果が得ら
れることは言うまでもない。
【0042】(実施例2)図4は、本発明の第2実施例
における立体画像表示装置の構成を示したもので、10
a、10bは空間変調素子として透過型の液晶ディスプ
レイ、11a、11bは空間変調素子10a、10bの
それぞれ裏面に位置するレンズとして焦点距離150m
mのフレネルレンズである。12a、12bは発光機能
を有する観察者像表示装置として白黒CRTであり、レ
ンズ11a、11bを挟んでそれぞれ空間変調素子10
a、10bと反対側に位置し、レンズ11a、11bよ
り距離160mmに設置する。13は照明装置として波
長850nmのLEDライト、14は撮影装置として白
黒CCDカメラ、18は空間変調素子10a、10bに
表示される画像を一つに合成するためのハーフミラー、
16、17はそれぞれ立体画像を観察する観察者、19
は信号分配器、20はネガポジ反転回路を示す。
【0043】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作は、基本的には図1に示した本発明の第1実施例
と同様であるため、同一箇所には同一番号を付与して説
明を省略し、異なる点のみ説明する。カメラ14で撮像
された観察者16および17の右顔面像の映像信号は、
信号分配器19に入力され、白黒CRT12a側と白黒
CRT12b側とに分配される。白黒CRT12aには
そのままの映像(観察者16、17の右顔半面像)が上
下逆さまに表示され、白黒CRT12bには、前記の右
顔半面像がネガポジ反転回路20でネガポジ反転された
画像の鏡像が上下逆さまに表示される。ここで、鏡像で
ある理由は、観察者がハーフミラー18によって反射し
た像を観察する事になるためであり、当然液晶ディスプ
レイ10bに表示される左目用画像も鏡像としなければ
ならない。
【0044】以上説明した本装置の動作により、図4に
おける液晶ディスプレイ10aに表示された右眼用のス
テレオ画像は、観察者16および17の右眼だけにとり
裏面より照明されて観察可能となり、液晶ディスプレイ
10bに表示された左眼用のステレオ画像は、観察者1
6および17の左眼だけにとり裏面より照明されて観察
可能となり、これら左右のステレオ画像はハーフミラー
18により合成され、連続的に観察できるため、観察者
16および17は前記一対のステレオ画像を同時に観察
でき、共に立体視が可能となり、時分割表示によるちら
つきも発生しない。また観察者16および17が移動し
ても図2に示したLEDによる照明条件が維持される限
り立体視ができることになる。
【0045】以上について、ここでは前記撮影装置が観
察者の右顔の半面像を撮影する場合について説明した
が、左右の条件をすべて入れ替えても同様の効果が得ら
れることは言うまでもない。
【0046】(実施例3)図5は、本発明の第3実施例
における、立体画像表示装置の内視鏡への応用構成を示
したもので、50a、50bは被写体を撮影するための
対物レンズ、51a、51bは前記撮影された画像を導
くための光学系が内蔵された鏡筒であり、観察者の眼の
輻輳角に相当する角度をもたせて設置されている。52
a、52bはCCDカメラ、53は本発明の第2実施例
として記載し図4により説明した立体画像表示装置であ
る。
【0047】以上のように構成された内視鏡装置の動作
を説明する。対物レンズ50a、50bにより撮像され
た2つの被写体の画像は、立体視用に輻輳角を備えた鏡
筒51a、51bによりそれぞれ右眼用、左眼用の画像
としてCCDカメラ52a、52bに結像され、立体内
視鏡として機能する。前記結像された2つの画像は、立
体画像表示装置53のそれぞれ液晶ディスプレイ10
a、10bに入力されて一対のステレオ画像として表示
され、本発明の第1実施例において説明した立体画像表
示装置53の機能により、多数の観察者により前記立体
内視鏡で撮像された画像の立体視が可能となる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように本発明の構成によれ
ば、一対のステレオ画像を用いる立体画像表示装置にお
いて、左右の振り分け機能を有する眼鏡を必要とせず、
多数の観察者が同時にしかも前記観察者が移動しても同
一の条件で立体視が可能であり、しかもネガポジ反転像
を用いることにより撮影装置が1台で済むため、立体画
像表示装置の実用化並びに用途拡大に大きく寄与するも
のである。
【0049】また、本発明は、立体視すべき被写体像を
2方向より撮影するための一対の撮像素子を備えた内視
鏡と組み合わせることにより、立体内視鏡装置として内
視鏡下手術に多大な貢献をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における立体画像表示装置の
構成図である。
【図2】本発明の実施例1における立体画像表示装置の
動作説明図である。
【図3】本発明の実施例1における立体画像表示装置に
使用する撮影装置の断面図である。
【図4】本発明の実施例2における立体画像表示装置の
構成図である。
【図5】本発明の実施例3における立体画像表示装置の
構成図である。
【図6】従来の第一の例の立体画像表示装置の構成図で
ある。
【図7】従来の第二の例の立体画像表示装置の構成図で
ある。
【符号の説明】
10、10a、10b 透過型液晶ディスプレイ 11、11a、11b レンズ 12、12a、12b 白黒CRT 13 LED 14 白黒CCDカメラ 15 信号処理装置 16、17 観察者 18 ハーフミラー 19 信号分配器 20 ネガポジ反転回路 30 撮像レンズ 31 干渉フィルタ 32 撮像素子 33 駆動回路 50a、50b 対物レンズ 51a、51b 鏡筒 52a、52b CCDカメラ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステレオ画像を表示するための光透過性
    を有する空間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より
    照明するための観察者像表示装置と、前記空間変調素子
    と前記観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示
    装置の表示部分を拡大するためのレンズと、観察者の顔
    半面像を撮影するための撮影装置とを備え、前記観察者
    像表示装置は、前記撮影装置によって撮影された観察者
    の顔半面像および該顔半面像のネガポジ反転像を、前記
    空間変調素子を照明するための図形として表示すること
    を特徴とする立体画像表示装置。
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