JPH0787601B2 - 立体的映像表示装置 - Google Patents

立体的映像表示装置

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JPH0787601B2
JPH0787601B2 JP4055280A JP5528092A JPH0787601B2 JP H0787601 B2 JPH0787601 B2 JP H0787601B2 JP 4055280 A JP4055280 A JP 4055280A JP 5528092 A JP5528092 A JP 5528092A JP H0787601 B2 JPH0787601 B2 JP H0787601B2
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observer
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lens sheet
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信二 鉄谷
文郎 岸野
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株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所
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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、立体的映像表示装置
に関し、特に、観察者の移動に応じて適した立体的映像
を表示できる立体的映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】立体的な映像の表示が望まれる分野とし
て、立体テレビ,立体ビデオ、立体テレビ電話または会
議などの分野がある。すなわち、立体的な映像の表示
は、観察者により大きな臨場感を与えることができるの
で、従来から広く望まれている。
【0003】立体的映像を表示する手法として、従来か
ら、レンティキュラレンズシートを用いた方式が知られ
ている(たとえば、大越孝敬著「三次元画像工学」;産
業図書)。この方式では、偏光眼鏡や液晶シャッタ眼鏡
などのような特殊な眼鏡を必要としないので、観察者に
不快感を与えることなく立体映像を表示することができ
る。
【0004】図5は、従来の立体映像表示システムの概
念図である。図5に示したシステムは前述の図書に開示
されている。図5を参照して、この立体映像表示システ
ムは、被写体を異なった4つの方向から撮影するための
4台のカメラ41ないし44と、撮影された映像信号に
したがって映像表示のための映像光をスクリーン7に向
けて投影するための4台のプロジェクタ21ないし24
とを含む。立体映像表示用スクリーン7は、透過型拡散
層5を挟んでそれぞれ設けられたレンティキュラレンズ
シート1aおよび1bを含む。透過型拡散層5は、レン
ティキュラレンズシート1aおよび1bのほぼ焦点面の
位置に形成されている。観察者3は、立体映像表示用ス
クリーン7を挟んで、プロジェクタ21ないし24とは
反対側に位置する。
【0005】図6は、図5に示した立体映像表示システ
ムにおける映像表示の原理図である。4台のプロジェク
タ21ないし24は、スクリーン7のレンティキュラレ
ンズシート1aに向けてそれぞれ異なった方向に映像光
を投影する。立体映像表示用スクリーン7は、スクリー
ン7に対する投影距離と同じ距離に投影された映像を再
現することができるという特徴を有している。したがっ
て、各プロジェクタ21ないし24が両眼間隔で置かれ
ているので、再現される各像61ないし64が再現面6
上で両眼間隔で再現される。図6に示した例では、観察
者3は、再現像62および63を見ており、したがっ
て、プロジェクタ22および23から発せられた映像光
により形成された像を見ていることになる。再現像62
および63に映像視差が含まれているので、観察者3は
立体的に映像を見ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図6を参照して、観察
者3が妥当な立体映像を見ることができる立体視領域
は、再現面6上の再現像61ないし64の領域に限られ
ている。すなわち、この領域を除く再現面6上の他の領
域には、観察者3が移動した場合にその位置にふさわし
い再現像が見られない。立体視領域の範囲は、(人間の
両眼間隔)×(方向数−1)により求められる。方向数
とは、ここでカメラの台数に相当する。したがって、図
6に示した例では、方向数、すなわちカメラが4台であ
るので、立体視領域の範囲は、約19.5cm(=約
6.5cm×3)となり、観察者3が移動した場合にお
ける立体視領域の十分な範囲が得られない。
【0007】仮に、多人数で映像を見ようとすると、約
19.5cm周期で再現面6上の再現像を見ることがで
きるが、再現面6の中心部分に位置する観察者3とその
周辺部分に位置する観察者とがほぼ同じ映像を見ること
となり、極めて不自然な感じを観察者に与えてしまう。
したがって、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スクリーン7を見た場合に、決し
て斜め方向からの立体映像を見ることができない。
【0008】図5に示した立体映像表示システムにおい
て、観察者の視点方向に応じた立体映像を見るために
は、撮影用の多数のカメラと多数のプロジェクタが必要
となり、映像入力装置および映像表示装置の装置規模が
大きくなり、コストも増加する。さらには、このような
システムでは、左右方向の立体視領域を広げることがで
きるが、奥行方向の立体視領域を広げることができない
という問題もある。
【0009】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、装置規模を増大させることな
く、移動する観察者に適した立体的映像を表示すること
のできる立体的映像表示装置を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明にかかる
立体的映像表示装置は、焦点距離またはレンズピッチの
少なくとも一方が異なり、かつ、焦点面を挟んでそれぞ
れ形成された第1および第2のレンティキュラレンズシ
ートと、左目用映像光および右目用映像光を第1のレン
ティキュラレンズシートに向けそれぞれ発する第1およ
び第2の投影器対と、第2のレンティキュラレンズシー
ト側にいる観察者の焦点面に対する位置を検出する観察
者位置検出手段と、検出された観察者の位置に応じて、
所定の演算式にしたがって投影器対を移動させる投影器
対移動手段とを含む。請求項2では、請求項1の投影器
対移動手段は、焦点距離の異なりに応じて、第1のレン
ティキュラレンズシートの面に垂直な方向で、投影器対
を移動させる。請求項3では、請求項1の投影器移動手
段は、レンズピッチの異なりに応じて、第1のレンティ
キュラレンズシートの面に平行な方向で、投影器対を移
動させる。
【0011】
【作用】この発明における立体的映像表示装置では、観
察者の位置が検出され、所定の演算式にしたがって投影
器対が移動されるので、装置規模を増大させることな
く、移動する観察者に適した立体的映像が表示できる。
【0012】
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示す立体映像
表示装置の概念図である。図1に示した例では、各々が
独立して移動する4人の観察者101ないし104のそ
れぞれに、立体映像を表示することのできる構成が示さ
れている。
【0013】図1を参照して、立体映像表示用スクリー
ン8は、焦点面を挟んでそれぞれ形成されたレンティキ
ュラレンズシート81および82を備えている。各レン
ティキュラレンズシート81および82は、互いに異な
った焦点距離およびレンズピッチを有している。すなわ
ち、レンティキュラレンズシート81は、焦点距離f1
およびレンズピッチp1を有している。一方、レンティ
キュラレンズシート82は、焦点距離f2およびレンズ
ピッチp2を有している。レンティキュラレンズシート
81および82のほぼ焦点面の位置に、透過型拡散層8
3が形成されている。
【0014】各観察者101ないし104に対応して、
映像光を投影するためのプロジェクタ対91ないし94
がレンティキュラレンズシート81側に設けられてい
る。各プロジェクタ対91ないし94は、左目用および
右目用の映像光を発するための2台のプロジェクタを備
えている。たとえば、プロジェクタ対91は、左目用映
像光を発するプロジェクタ91Lと、右目用映像光を発
するプロジェクタ91Rとを備える。各プロジェクタ対
91ないし94は、レンティキュラレンズシート81に
向けて、対応する観察者101ないし104のための映
像光を投影する。
【0015】位置検出装置51は、各観察者101ない
し104の位置を随時検出する。検出された位置のデー
タPSは、演算処理装置52に与えられ、そこで後述す
る演算処理により各プロジェクタ対91ないし94の位
置が決定される。各プロジェクタ対91ないし94の決
定された位置データMVが移動装置53に与えられる。
移動装置53は、与えられた位置データMVに応じて、
各プロジェクタ対91ないし94の位置を変更する。
【0016】たとえば、観察者101が右方向に移動す
ると、プロジェクタ対91が右方向に移動され、逆に、
観察者101が左方向に移動すると、プロジェクタ対9
1は左方向に移動される。さらには、観察者101がス
クリーン8側に近づくと、プロジェクタ対91はスクリ
ーン8側に移動され、逆に、観察者101がスクリーン
8から遠ざかると、プロジェクタ対91はスクリーン8
から遠ざけられる。他の観察者102ないし104と対
応するプロジェクタ対92ないし94との間の動きにお
ける関係も、同様である。
【0017】位置検出装置51による各観察者101な
いし104の位置検出手法として、従来から知られてい
る様々な方法を利用することができる。たとえば、三次
元磁気センサを用いる方法(IEEE Trans. Aerosp & Ele
ctron. Syst., Vol. AES-15,No.5 1979)や、顔の特徴
点を利用した画像処理による方法(テレビ技報,Vol.1
4, No.36, pp.19-24, 1990 )や、赤外線を用いた距離
検出用PSDを2台用いて観察者の位置を測定する方法
などが利用できる。
【0018】図2は、図1に示した立体映像表示装置に
おいて観察者とプロジェクタ対との間の位置関係を求め
るための原理図である。図2を参照して、X軸は、レン
ティキュラレンズシート81および82に対して垂直方
向の距離を示し、Y軸がレンティキュラレンズシート8
1および82に沿った距離を示す。レンティキュラレン
ズシート81側にプロジェクタ対91が置かれ、レンテ
ィキュラレンズシート82側に観察者101がいる。Y
軸の位置が、レンティキュラレンズシート81および8
2の焦点面の位置に相当し、したがってこの位置に透過
型拡散層83が形成されていることになる。レンティキ
ュラレンズシート81を構成する各レンズは、焦点距離
f1およびレンズピッチpを有している。レンティキュ
ラレンズシート82を構成する各レンズは、焦点距離f
2およびレンズピッチαpを有している。ここでαは、
レンティキュラレンズシート81のレンズピッチに対す
るレンティキュラレンズシート82のレンズピッチの比
に相当する。
【0019】X軸およびY軸の交点を原点(0,0),
観察者101の位置を(Vx,Vy)プロジェクタ対9
1の位置を(Px,Py)とすると、観察者101とプ
ロジェクタ対91との間の位置関係は次式により表わさ
れる。
【0020】 Vx=−f2・Px/{α・f1+Px・(α−1)}…(1) Vy=α・Py・f1/{α・f1+Px・(α−1)}…(2) 式(1)および(2)からわかるように、レンティキュ
ラレンズシート81および82のレンズピッチが互いに
等しい場合(α=1)では、奥行方向(X軸方向)のプ
ロジェクタ対91の移動量が、f2/f1の比で変化す
る。したがって、この場合では、スクリーン8に向かっ
て前後方向(すなわちX軸方向)について観察者101
が移動距離Dを移動したとき、プロジェクタ対91を概
ねD×(f1/f2)の距離だけ移動させることにな
る。たとえば、f1=10mm,f2=50mmとする
と、観察者101がスクリーン8に対して前後方向に1
mだけ移動したとき、プロジェクタ対91は20cmだ
け移動されることになる。ここで、α=1の場合は、前
後方向に移動の倍率を変化させることができるが、左右
方向について(すなわちY軸方向について)プロジェク
タ対の移動量が変化しないことが指摘される。
【0021】左右方向について変化量を変化させるため
には、2枚のレンティキュラレンズシート81および8
2について互いに異なったレンズピッチ(すなわちα≠
1)が設定される。図2では、このようなαが設定され
た場合を示しており、A′,B′およびC′が観察者1
01の位置を示しており、A,BおよびCがプロジェク
タ対91の位置を示している。したがって、プロジェク
タ対91を移動させるべき距離が、観察者101の移動
距離よりもはるかに少なくてすむことがわかる。
【0022】図3は、観察者の移動距離とプロジェクタ
対の移動倍率との間の関係を示すグラフである。図4で
は、f1=f2=4mmの例が示されている。たとえ
ば、α=1.002の場合では、観察者が1.5mだけ
移動したとき、プロジェクタ対のY軸方向の移動倍率
は、約4.0になる。言換えると、この場合ではプロジ
ェクタ対の移動距離は、観察者の移動距離に対して1/
4で足りることになる。なお、プロジェクタ対を構成す
る左目用および右目用の各プロジェクタの間隔が両眼間
隔より大きい場合では、α<1に設定することにより、
プロジェクタ間隔をより小さくすることができる。
【0023】図1に示した立体映像表示装置における動
作のまとめとして、図4に示したフローチャートについ
て説明する。まず、ステップ201において、各観察者
101ないし104の位置が位置検出装置51により検
出される。検出された位置データPSは、演算処理装置
52に与えられる。
【0024】ステップ202において、演算処理装置5
2において、投影用プロジェクタ対91ないし94の各
位置が演算により求められる。この演算は、位置データ
PSを用いて前述の式(1)および(2)にしたがって
行なわれる。その結果、各観察者101ないし104の
位置に応じて、各プロジェクタ対91ないし94の移動
されるべき位置が決定される。
【0025】ステップ203において、各プロジェクタ
対91ないし94の位置が移動装置53の制御のもとで
移動される。したがって、各観察者101ないし104
は、スクリーン8に対して相対的に移動しても、すなわ
ち焦点面と各観察者との間の相対的な位置関係が変化し
ても、その位置に適した立体映像を見ることができる。
【0026】上記のステップ201ないし203の処理
は、立体映像表示の終了を命令する信号が与えられるま
で繰返される(ステップ204)。
【0027】このように、図1に示した立体映像表示装
置では、複数の観察者の移動に対応して移動されるプロ
ジェクタ対が設けられているので、各観察者がどの位置
にいてもその位置に応じた適切な立体映像を見ることが
できる。特に、各レンティキュラレンズシート81およ
び82の焦点距離およびレンズピッチを異ならしめるこ
とにより、観察者の移動距離よりもプロジェクタ対の移
動距離を前後左右について短くすることができ、このこ
とによっても装置規模の増大が防がれる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、焦点
距離またはレンズピッチの少なくとも一方が異なるレン
ティキュラレンズシートを用い、さらに、観察者の位置
に応じて投影器対を移動させる投影器対移動手段を設け
たので、装置規模を増大させることなく、移動する観察
者に適した立体的映像を表示できる立体的映像表示装置
が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す立体映像表示装置の
概念図である。
【図2】図1に示した立体映像表示装置において観察者
とプロジェクタ対との間の位置関係を求めるための原理
図である。
【図3】観察者の移動距離とプロジェクタ対の移動倍率
との間の関係を示すグラフである。
【図4】図1に示した立体映像表示装置の動作を示すフ
ローチャートである。
【図5】従来の立体映像表示システムの概念図である。
【図6】図5に示した立体映像表示システムにおける映
像表示の原理図である。
【符号の説明】
8 立体映像表示用スクリーン 51 位置検出装置 52 演算処理装置 53 移動装置 81,82 レンティキュラレンズシート 83 透光型拡散層 91−94 プロジェクタ対 101−104 観察者
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−107247(JP,A) 特開 昭56−161788(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焦点距離またはレンズピッチの少なくと
    も一方が異なり、かつ、焦点面を挟んでそれぞれが形成
    された第1および第2のレンティキュラレンズシート
    と、 左目用映像光および右目用映像光を前記第1のレンティ
    キュラレンズシートに向けそれぞれ発する第1および第
    2の投影器対と、 前記第2のレンティキュラレンズシート側にいる観察者
    の前記焦点面に対する位置を検出する観察者位置検出手
    段と、 前記観者位置検出手段によって検出された観察者の位置
    に応じて、所定の演算式に従って前記投影器対を移動さ
    せる投影器対移動手段とを含む、立体的映像表示装置。
  2. 【請求項2】 前記投影器対移動手段は、前記焦点距離
    の異なりに応じて、前記第1のレンティキュラレンズシ
    ートの面に垂直な方向で、前記投影器対を移動させるこ
    とを特徴とする、請求項1記載の立体的映像表示装置。
  3. 【請求項3】 前記投影器対移動手段は、前記レンズピ
    ッチの異なりに応じて、前記第1のレンティキュラレン
    ズシートの面に平行な方向で、前記投影器対を移動させ
    ることを特徴とする、請求項1記載の立体的映像表示装
    置。
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