JP2000056226A - 表示・撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用者を正面から撮像できるビデオ電話装置の
ための小型で低価格な表示・撮像装置を提供する。 【解決手段】ビデオ電話装置の光学系１０は、自由曲面
プリズム１、画像を表示する液晶表示装置２、液晶表示
装置２を照明するバックライト３、撮像系に光を導くた
めのプリズム４、撮像系のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳ
センサー等の撮像素子６を有している。自由曲面プリズ
ム１は反射ミラー７を有しており、これは、液晶表示装
置２に表示された画像を光学的に拡大する。自由曲面プ
リズム１とプリズム４の接合面にはビームスプリッター
８が設けられており、これは、液晶表示装置２からの光
の一部を反射ミラー７に向けて反射し、反射ミラー７か
らの光の一部を透過する。撮像素子６に入射する光の光
軸は、自由曲面プリズム１内と外部空間内では、液晶表
示装置２からの光の光軸と一致している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示・撮像装置に関
し、特にはビデオ電話装置に用いられる表示・撮像装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ電話（テレビ電話）装置は従来の
電話回線を用いて必要最低限の品質を持つ動画と音声を
双方向に伝達し合う構成である。従来の音声やデータ通
信に対して、相手の顔や表情等が見えるため、非常に多
くの情報を相手に伝えることが可能であり、ビジネスの
場面でも家庭でも期待されている。また高齢化社会にお
いては、相手の顔や表情を用いての会話は、相手の健康
状態を見る上でも益々重要になると予想される。

【０００３】動画を双方向に伝達することは、従来電話
回線に高い電送レートを要求した。しかし映像のデジタ
ル化と半導体技術の進歩による高い圧縮比を持つ動画圧
縮技術は、家庭電話回線を用いたテレビ会議装置を一般
家庭での利用を可能にしようとしている。このためコン
ピュータ装置に装着するテレビ会議システムやスタンド
アロンの装置が開発され、商品として販売もされてい
る。

【０００４】初期の頃に提案されたテレビ会議システム
では、液晶を用いた表示装置と撮像装置を用いたカメラ
が別の位置にあった。これは所謂、視線の不一致と言う
問題を引き起こす。視線の不一致とは、撮像側が捕らえ
る視線と、表示装置が提示する画面の視線が一致しない
と言う問題である。通常の会話では話者は相手の顔や目
を見て会話をする場合が多い。長時間に渡って相手の目
を凝視することはなくても、何時でも相手の目を見て会
話できる。話の理解の重要性や内容によって何処に視線
を置くかを決める。しかし、視線が不一致の場合は相手
の目を見ることは出来ない。自分の視線を相手の目に向
けるにはカメラの中心を見なくてはなず、これでは表示
装置の中の相手を見ることが出来ない。

【０００５】現在の商品であるコンピュータに付帯した
ビデオホンや単独のビデオ電話はカメラと表示装置が離
れて存在し、視線を一致させることは出来ない。実際に
は現状の家庭電話に使われる通信速度（２８．８Ｋｂｐ
ｓ）程度では相手の目の位置を明確に認識できるほど画
像が明瞭ではなく、それほど気にならないが、通信速度
が高くなると大きな問題となってくるであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】視線の不一致を改善し
た高品質のビデオ電話装置は既にいくつか提案されてい
る。例えば、特開昭５３−２５２０８４号は、話者を撮
影するカメラの光路上に、映像を表示するＣＲＴからの
光を反射する半透明ミラー等のビームスプリッターを配
置した構成を開示している。ビームスプリッターは、こ
れにより反射された光の光軸がカメラの光軸に揃うよう
に配置されており、これにより視線一致が達成されてい
る。

【０００７】しかし、この構成では、従来のテレビの何
倍も容積が必要であり、家庭に持ち込むことは難しい。
家庭用のビデオ電話は、従来の電話を越える大きさであ
ってはならない。

【０００８】特開平６−２２３０８号は、レンチキュラ
ーレンズ（小型プリズムアレイ）と光遮断スリットを用
いて、表示装置からの光の光路と撮像装置に向かう光の
光路とを偏向する構成を開示している。この構成では、
偏向後に装置の外に射出された表示装置からの光の光路
と、偏向後に撮像装置に向かう装置に入射する光の光路
とが揃えられており、これにより視線一致が達成されて
いる。

【０００９】しかし、この構成においても、十分な特性
を確保するためにはある程度の大きさを必要とするた
め、やはり小型化が難しい。また、スリットによる特性
劣化もある。

【００１０】また最近の電子デバイスは集積度が上が
り、音声の信号処理や画像の信号処理能力が飛躍的に高
まってきた。従来数百万円した大きなコンピュータが１
ｃｍ角のシリコンチップに集積化され価格も数千円とな
った。一方表示装置は小型のＬＣＤが最適である。小型
のＬＣＤも１インチ以下の大きさは基板が小さいため数
千円を大きく切る表示装置もある。しかし大型の表示装
置の価格は高い。

【００１１】また最近のデジタルスチルカメラやデジタ
ルカムコーダーの一般化によって小型のレンズ付の撮像
センサーも価格が下がってきた。特に従来は３チップ以
上必要であったＣＣＤに代わってＣＭＯＳセンサーがあ
る。これは周辺のアンプやＡＤ変換器等が簡単に集積化
され小型化されることを示唆している。本発明の目的
は、使用者を正面から撮像できる小型で低価格な表示・
撮像装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像表示手段
と撮像手段と光路分離手段を具備し、画像表示手段より
光路分離手段を経由して操作者に至る光路で画像表示手
段に表示した画像を操作者に表示するとともに、操作者
より光路分離手段を経由して撮像手段に至る光路で操作
者を撮像可能に構成された表示・撮像装置であり、上記
光路分離手段と操作者の間に配設され、光学的パワーを
有して上記画像表示手段に表示された画像を光学的に拡
大するとともに、該光学パワーを上記撮像手段の撮像に
おける結像に利用する光学手段をさらに具備することを
特徴とする。

【００１３】この装置では、画像表示手段に表示された
画像を光学的パワーを有する光学手段により光学的に拡
大させており、これは、画像をルーペで拡大するのに相
当し、画像表示手段として小型のものが採用できること
を意味する。例えば、小型の液晶ディスプレイ等が使用
可能である。また、表示スクリーンに相当する部材も不
要なので、装置をさらに小型化・低コスト化できるメリ
ットがある。

【００１４】撮像手段においては、上記光学手段を実質
的に撮像レンズ（実際はレンズではないが、レンズのよ
うに結像作用がある）としても用いるので、表示の方向
と撮像方向が一致し、表示を観察中の使用者を正面から
撮像できる。これは、部品の共通化により装置の小型化
・低コスト化にもメリットがある。

【００１５】光路分離手段は、例えばハーフミラーが相
当するが、画像表示手段と撮像手段は光学手段を共通に
使用するので、ハーフミラーは光学手段と画像表示手段
の中間に位置することになる。このため、ハーフミラー
は小型のもので十分である。

【００１６】上記光学手段は、例えば、凹面状の光反射
部材である凹面反射手段を含む。凹面鏡は光を結像する
作用があるとともに、光の進路を折り返すので、装置の
小型化にさらに有利である。

【００１７】上記光学手段は、好適には、自由曲面プリ
ズムを含む。自由曲面プリズムの採用は、光学系のさら
なる小型化・軽量化を可能にするとともに、光軸合わせ
を非常に簡易にするため生産性の向上を促す。また、自
由曲面を使用しているので、種々の収差の補正が可能で
あり、高品質の画像が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、第１の実施の形態による
テレビ会議装置（ビデオ電話装置）の基本構成である光
学系を示している。光学系１０は、自由曲面プリズム
１、画像を表示する液晶表示装置２、液晶表示装置２を
照明するバックライト３、撮像系に光を導くためのプリ
ズム４、撮像系のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー
等の撮像素子６を有している。

【００１９】本明細書においては、平面でもなく球面の
一部でもない曲面を自由曲面として記載している。ま
た、少なくとも一面が自由曲面で構成されているプリズ
ムを自由曲面プリズムとして記載している。自由曲面を
光学素子に使用した例は特開平９−１６６６７６０号公
報に記載されている。

【００２０】自由曲面プリズム１は凹面状の反射ミラー
７を有しており、これは、光学的パワーによって液晶表
示装置２に表示された画像を光学的に拡大する。自由曲
面プリズム１の反射ミラー７の面には金属膜等のコーテ
ィングが施されていることが望ましい。

【００２１】自由曲面プリズム１とプリズム４の接合面
にはビームスプリッター８が設けられており、これは、
液晶表示装置２からの光の一部を反射ミラー７に向けて
反射し、反射ミラー７からの光の一部を透過する。

【００２２】液晶表示装置２とバックライト３とビーム
スプリッター８と反射ミラー７は表示系を構成し、撮像
素子６とレンズ５とプリズム４とビームスプリッター８
と反射ミラー７は撮像系を構成している。

【００２３】表示系と撮像系の光軸は、液晶表示装置２
および撮像素子６から見てビームスプリッター８までの
間は異なっているが、それ以降では一致している。つま
り、撮像素子６に到達する光の光軸は、自由曲面プリズ
ム１内と外部空間内においては、液晶表示装置２からの
光の光軸と一致している。言い換えれば、ビームスプリ
ッター８は、液晶表示装置２の近くの表示系の光路と、
撮像素子６の近くの撮像系の光路とを分離している。

【００２４】プリズム４に設けられた遮光（光吸収）層
９は、液晶表示装置２から投影されビームスプリッター
８を通過する漏れ光を良好に遮光する。実際には、光路
以外にも迷光に対する遮光が施されるが、ここでは、最
も重要な漏れ光に対する遮光層９のみを図示している。

【００２５】撮像系は、必要に応じて赤外フィルターや
ローパスフィルターを有していてもよい。赤外フィルタ
ーは無くてもよく、プリズム４にその機能を持たせても
よい。

【００２６】図２は、図１に示す光学系を備えたテレビ
会議装置を示している。テレビ会議装置２０は、図１の
光学系を収容するケース２１と、ケース２１に設けられ
た表示窓２２と操作ボタン２３とを備えている。表示窓
２２の背後には、図１に示した自由曲面プリズム１が配
置されている。

【００２７】図１において、液晶表示装置２に表示され
る映像（通常はカラー映像）の光は、殆ど損失すること
なく自由曲面プリズム１に入射し、その一部がビームス
プリッター８で反射され、続いて反射ミラー７で反射さ
れた後、自由曲面プリズム１から射出されて、空間に結
像する。自由曲面プリズム１の液晶表示装置２に対向し
た面およびビームスプリッター８は湾曲しており、これ
らは共働して液晶表示装置２の像を拡大して反射ミラー
７に投影する。反射ミラー７は湾曲しており、投影され
た液晶表示装置２の像を光学的に拡大する。その結果、
１インチ程度の大きさの液晶表示装置２の画面が拡大さ
れ、使用者に観察される。

【００２８】自由曲面プリズム１に入射した使用者１１
からの光は反射ミラー７で反射された後、その一部がビ
ームスプリッター８を通過し、プリズム４によって収差
が取り除かれ、レンズ５によって撮像素子６の受光面に
結像される。その結果、使用者１１は撮像素子６によっ
て撮像される。

【００２９】以上の説明から分かるように、ビームスプ
リッター８から使用者１１までの間では、表示系と撮像
系の光軸は一致している。つまり、視線一致が完全に成
されており、自然な会話を可能にする。

【００３０】ビームスプリッター８は、表示系の光軸を
折り返すと共に、液晶表示装置２の像を拡大するため、
小型の液晶表示装置２を用いながらも使用者１１に比較
的大きな画面を見せることができる。

【００３１】表示系の光軸を折り返す機能と、表示系の
像を拡大する機能と、表示系と撮像系を分離する機能
と、撮像系の収差を補正する機能とが、すべて自由曲面
プリズム１と一体に設けられており、自由曲面プリズム
１は、比較的薄く作製可能であるため、装置を小型・軽
量に構成することができる。

【００３２】図３は、本実施形態のビデオ電話装置のシ
ステム構成を示している。このシステムは、画像入力の
ためのＣＣＤやＣＭＯＳセンサー４１とアンプやＡＤＣ
等のインターフェース回路４５と画像圧縮回路４９、音
声入力のためのマイク４２とアンプやＡＤＣ等のインタ
ーフェース回路４６と音声圧縮回路やＤＳＰ５０、画像
出力のための画像復調回路５２とＬＣＤコントローラ４
８と液晶表示装置（ＬＣＤ）４４、音声出力のための音
声復調回路５１とアンプ等のインタフェース回路４７と
スピーカ４３を有している。システムは、さらに、画像
の圧縮や復調のための画像メモリ５８や、一次的な蓄積
のための画像メモリ５３を有していてもよい。全体を制
御する制御回路５４は、モデム５５を介して電話回線に
接続されており、電話機能（テンキー他）５６によって
制御される。各データ線には必要に応じてバスラインが
用いられる。これらの幾つかは半導体チップに搭載され
たシステムオンチップになっている。

【００３３】画像圧縮には、標準的な離散コサイン変換
（ＤＣＴ）と、動き補償によるフレーム間予測が用いら
れる。ＤＣＴは、非常に効率の良い圧縮法であり、静止
画から動画まで最近では標準的に使われている。また、
動画においてはフレーム間の変化する画像のみを捕らえ
てフレーム間予測を行なうため、動画に対しても高い圧
縮となっている。

【００３４】またビデオ電話用の標準としてはＩＴＵの
勧告するH324 Video Conference Systemsoftwareがあ
り、またH.263 Video, H.223 Multiplex, H245 Protoco
l, G.723 Audio 等の標準がある。使用する圧縮技術、
ソフト、通信のプロトコル等はこれらに準拠することが
望ましい。

【００３５】通信のインフラは通常のアナログ回線であ
っても、ＩＮＳ等のデジタル回線であってもよい。アナ
ログ回線による転送速度は、現状では２８．８Ｋｂｐｓ
程度であり、早いとは言えないが、ＡＤＳＬ（Asymmetr
ic digital subscriber line）技術を取り入れた１．５
Ｍｂｐｓが次世代のモデムとして、余分な投資なしに家
庭で１９９９〜２０００年頃に一般化されると言われて
いる。インフラとして整うにはまだ時間がかかるようで
ある。これはインターネットの高速アクセスを可能にす
るのみならず、現在のビデオ電話の１０から５０倍の高
品質の画像を転送するため、このようなテレビ会議シス
テムでは視線一致が不可欠になる。

【００３６】２０００年以降では、ＰＯＴＳスプリット
と呼ばれる分配器が家庭に必要ではあるが、本格的なＡ
ＤＳＬである６〜８Ｍの通信が、現在のアナログライン
を用いても可能になると言われている。これで現状のＭ
ＰＥＧ１程度（ＶＨＳ並み）の画像が転送可能となる。

【００３７】また２００５年から２０１０年頃には、光
ファイバが家庭の近くまで来るアルファ計画があり、１
５Ｍｂｐｓ程度の通信回線が家庭に入ってくると予想さ
れる。これで現状のＭＰＥＧ２の高精細の動画がビデオ
ホンとして使われ、視線一致は必須要件になると考えら
れる。この場合も、大型のコンピュータや大画面のテレ
ビがビデオ電話として使われることは考えずらい。現状
の電話よりも小さい本発明の様な小型のビデオホンが必
要となる。

【００３８】［第２の実施の形態］図４は、第２の実施
の形態によるビデオ電話装置の外観を示している。本実
施形態は無線通信機能を備えた小型携帯ビデオ電話であ
り、その基本構成すなわち光学系とシステム構成は図１
と図３に示したものと殆ど同じである。従って、第１の
実施の形態と同様に、小型のＬＣＤを用いて大きな表示
画面を実現するとともに、視線一致したビデオ通話を可
能にしている。

【００３９】小型携帯ビデオ電話６０は、アンテナ６
１、ケース６２、操作スイッチ６３、表示窓６４、スピ
ーカ６５、マイク６６を有している。ケース６２内に収
容される光学系は、図１に示したものと基本的に同じで
ある。ただし、携帯電話の場合、表示窓と眼の間の距離
は１５ｃｍ前後に設定される。つまり、これに応じて自
由曲面プリズム１の反射ミラー７の曲率が変更される。
また自由曲面プリズムも小型軽量が求められる。

【００４０】無線通信インフラとしては、現在セルーラ
ホンとＰＨＳがある。セルーラホンでは９．８Ｋｂｐｓ
とかなり遅いか、ＰＨＳでは３２Ｋのデータ通信が可能
である。また携帯電話も２０００年頃にＷ−ＣＤＭＡの
実験開始され、２００２年頃には３８４Ｋｂｉｔの転送
速度を持つと言われており、かなり高品質の動画の転送
も可能となると予想される。また携帯機器向けのコンテ
ンツの記述言語としてコンパクトＨＴＭＬ，ＷＭＬ（Wi
reless Markup Language）が１５０ｘ１００程度の表示
装置でのブラウザ可能であり、インターネット等の閲覧
も可能となる。

【００４１】さらに次世代ＰＨＳとしてＭＭＡＣ（Mult
imedia Mobile Access Communication System ）が２０
０２年以降に実用化されると言われている。これは屋外
は専用基地局でべースバンドが３−６０Ｇで２５Ｍｂｐ
ｓの通信が可能とされる。こうなると携帯電話と言えど
もビデオホンが可能となり、かつＭＰＥＧ２程度の十分
な画質か双方向に電送できるので、視線一致が不可欠と
なる。

【００４２】また家庭用の電話器のワイヤレス化してい
るので、小型のワイヤレスビテオ電話にも対応できる。 ［第３の実施の形態］図５（ａ）は、第３の実施の形態
によるビデオ電話装置の基本構成である光学系を示して
いる。本装置の光学的な構成やシステム構成は第１の実
施の形態と殆ど同じである。従って、第１の実施の形態
と同様に、小型のＬＣＤを用いて大きな表示画面を実現
するとともに、視線一致したビデオ通話を可能にしてい
る。

【００４３】光学系１０は、自由曲面プリズム１、画像
を表示する液晶表示装置２、液晶表示装置２を照明する
バックライト３、撮像系に光を導くためのプリズム４、
撮像系のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の撮像
素子６を有している。

【００４４】自由曲面プリズム１は反射ミラー７を有し
ており、これは、液晶表示装置２に表示された画像を空
間に結像させる。自由曲面プリズム１とプリズム４の接
合面にはビームスプリッター８が設けられており、これ
は、液晶表示装置２からの光の一部を反射ミラー７に向
けて反射し、反射ミラー７からの光の一部を透過する。

【００４５】光学系１０は、レンズ５と撮像素子６の間
に、倍率変更のためのズームレンズ１４を有している。
さらに光学系１０は、回転させることにより焦点の調整
を可能にするリング状の焦点調整ダイアル１２と、回転
させることにより倍率の変更を可能にするリング状のズ
ーム調整ダイアル１３とを有している。

【００４６】表示装置は表示の画角と眼の距離が決まれ
ば、光学的な設計によってその倍率が決まる。これを大
きく変えることはないし、頭の位置を動かすことで調節
する。しかしカメラに関しては焦点や倍率を変化させた
い場合もある。表示装置に合わせて眼の位置を決めたあ
と、焦点や画角が合わない場合がありうる。この時この
偏心の自由曲面プリズムを用いるとカメラが側面におく
ことができ、極めて都合が良い。画角は複数の人で会話
する場合に最適である。

【００４７】図５（ｂ）は、図５（ａ）の光学系を備え
たビデオ電話装置の外観を示している。ビデオ電話装置
２０は、図５（ａ）の光学系を収容するケース２１と、
ケース２１に設けられた表示窓２２と操作ボタン２３と
を備えている。焦点調整ダイアル１２とズーム調整ダイ
アル１３はケース２１の全面に露出しており、焦点と倍
率が容易に調整可能となっている。

【００４８】［第４の実施の形態］図６（ａ）は、第４
の実施の形態によるビデオ電話装置の側断面を示し、図
６（ｂ）は、このビデオ電話装置の外観を示している。
本装置の光学的な構成やシステム構成は第１の実施の形
態と殆ど同じである。従って、第１の実施の形態と同様
に、小型のＬＣＤを用いて大きな表示画面を実現すると
ともに、視線一致したビデオ通話を可能にしている。

【００４９】装置は、自由曲面プリズム１、画像を表示
する液晶表示装置２、液晶表示装置２を照明するバック
ライト３、撮像系に光を導くためのプリズム４、撮像系
のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の撮像素子６
を有している。

【００５０】自由曲面プリズム１は反射ミラー７を有し
ており、これは、液晶表示装置２に表示された画像を空
間に結像させる。自由曲面プリズム１とプリズム４の接
合面にはビームスプリッター８が設けられており、これ
は、液晶表示装置２からの光の一部を反射ミラー７に向
けて反射し、反射ミラー７からの光の一部を透過する。

【００５１】これらの光学要素を収容したケース２１
は、その前面に表示窓２２と操作ボタン２３を備えてい
る。表示窓２２は、透明窓１５とタッチパネル１６とで
構成されている。タッチパネル１６は、ＩＴＯ（ＩｎＴ
ｉＯ₃ ）やネサ膜等の透明薄膜電極で作った接触センサ
ーまたは圧力センサーであり、指やペンで触れたした場
所の座標を出力し、その情報をキーのスイッチの代わり
にするものである。

【００５２】この光学系は、眼の位置にＬＣＤの虚像を
結像させるので、タッチパネル面に指紋等がついても、
像が多少暗くなる程度で、殆ど画像の品質が劣化しない
と言う利点がある。また、殆どの入力操作はタッチパネ
ル１６が担うので、操作ボタン２３の数が少なくするこ
とができる。

【００５３】［第５の実施の形態］図７（ａ）は、第５
の実施の形態によるビデオ電話装置の光学系を示し、図
７（ｂ）は、このビデオ電話装置の外観を示している。
本装置の光学的な構成やシステム構成は第１の実施の形
態と殆ど同じである。従って、第１の実施の形態と同様
に、小型のＬＣＤを用いて大きな表示画面を実現すると
ともに、視線一致したビデオ通話を可能にしている。

【００５４】装置は、自由曲面プリズム１、画像を表示
する液晶表示装置２、液晶表示装置２を照明するバック
ライト３、撮像系に光を導くためのプリズム４、撮像系
のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の撮像素子６
を有している。

【００５５】自由曲面プリズム１は反射ミラー７を有し
ており、これは、液晶表示装置２に表示された画像をケ
ース２１の表示窓２２を通して空間に結像させる。自由
曲面プリズム１とプリズム４の接合面にはビームスプリ
ッター８が設けられており、これは、液晶表示装置２か
らの光の一部を反射ミラー７に向けて反射し、反射ミラ
ー７からの光の一部を透過する。

【００５６】バックライト３の背部には集光用のプリズ
ム２４が設けられている。この集光用プリズム２４は、
ケース２１の上部に位置しており、その表面には、光を
散乱させるために、細かい凹凸が設けられている。

【００５７】装置が明るい場所にある場合、集光用プリ
ズム２４によって、外の光が、その表面の細かな凹凸の
おかげで一様な明るさで、液晶表示装置２に供給され
る。外が十分に明るい場合にはバックライト３は使用し
なくてもよい。このため、高輝度での液晶表示装置２の
表示が要求される日中での使用において、消費電力を低
く抑えながら、液晶表示装置２の輝度を高めることがで
きる。

【００５８】［第６の実施の形態］図８は、第６の実施
の形態によるビデオ電話装置の光学系を示している。光
学系１０は、自由曲面プリズム１、画像を表示する液晶
表示装置２、液晶表示装置２を照明するバックライト
３、撮像系のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の
撮像素子６を有している。

【００５９】自由曲面プリズム１は反射ミラー７とビー
ムスプリッター８を有している。ビームスプリッター８
は、液晶表示装置２に対向しており、液晶表示装置２か
らの光の一部を反射ミラー７に向けて透過し、反射ミラ
ー７からの光の一部をレンズ５に向けて反射する。反射
ミラー７は、液晶表示装置２に表示された画像を空間に
結像させる。

【００６０】液晶表示装置２とバックライト３とビーム
スプリッター８と反射ミラー７は表示系を構成し、撮像
素子６とレンズ５とビームスプリッター８と反射ミラー
７は撮像系を構成している。

【００６１】表示系と撮像系の光軸は、液晶表示装置２
と撮像素子６を起点として、ビームスプリッター８の以
降で一致している。従って、視線一致したテレビ通話を
提供する。

【００６２】この光学系は、必要に応じて赤外フィルタ
ーやローパスフィルターを有していてもよい。図８にお
いて、液晶表示装置２に表示される映像（通常はカラー
映像）の光は、その一部がビームスプリッター８を通っ
て、つまり、多少の損失を伴って、自由曲面プリズム１
に入射する。自由曲面プリズム１に入射した光は、反射
ミラー７で反射された後、自由曲面プリズム１から射出
されて空間に結像する。液晶表示装置２の像は拡大して
反射ミラー７に投影される。反射ミラー７は湾曲してお
り、投影された液晶表示装置２の像を光学的に拡大す
る。その結果、１インチ程度の大きさの液晶表示装置２
の画面が拡大され、使用者に観察される。

【００６３】自由曲面プリズム１に入射した使用者１１
からの光は反射ミラー７で反射された後、その一部がビ
ームスプリッター８で反射され、レンズ５によって撮像
素子６の受光面に結像される。その結果、使用者１１は
撮像素子６によって撮像される。

【００６４】この光学系は、第１の実施の形態における
光学系よりも、光学部品の数が少ない。従って、より低
価格で軽量なビデオ電話装置を構成することができる。 ［第７の実施の形態］図９は、第７の実施の形態による
ビデオ電話装置の光学系を示している。本装置の光学的
な構成やシステム構成は第１の実施の形態と殆ど同じで
ある。従って、第１の実施の形態と同様に、小型のＬＣ
Ｄを用いて大きな表示画面を実現するとともに、視線一
致したビデオ通話を可能にしている。

【００６５】装置は、自由曲面プリズム１、画像を表示
する液晶表示装置２、液晶表示装置２を照明するバック
ライト３、撮像系に光を導くためのプリズム４、撮像系
のレンズ５、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の撮像素子６
を有している。

【００６６】自由曲面プリズム１は反射ミラー７を有し
ており、これは、液晶表示装置２に表示された画像を図
示はしないがケースの表示窓を通して空間に結像させ
る。自由曲面プリズム１とプリズム４の接合面にはビー
ムスプリッター８が設けられており、これは、液晶表示
装置２からの光の一部を反射ミラー７に向けて反射し、
反射ミラー７からの光の一部を透過する。また遮光部９
も有する。

【００６７】この光学系では、液晶表示装置２とバック
ライト３が自由曲面プリズム１の下に位置しており、レ
ンズ５と撮像素子６も比較的低い場所に位置している。
従って、この光学系は、これを構成する光学部品の全体
の重心が低いものとなっている。このような重心が低い
構成は、特に、将来的に電話回線で高速データ通信が可
能になり、これに伴って液晶表示装置２が大型化した場
合に好適である。

【００６８】［第８の実施の形態］図１０は、第８の実
施の形態によるビデオ電話装置のシステム構成を示して
いる。本実施形態は、インターネットのブラウジングや
電子メールの使用等が可能な、通信端末としての機能を
備えたビデオ電話装置である。

【００６９】このシステムは、画像入力のためのＣＣＤ
やＣＭＯＳセンサー４１とアンプやＡＤＣ等のインター
フェース回路４５と画像圧縮回路４９、音声入力のため
のマイク４２とアンプやＡＤＣ等のインターフェース回
路４６と音声圧縮回路やＤＳＰ５０、画像出力のための
画像復調回路５２とＬＣＤコントローラ４８とＬＣＤ
（液晶表示装置）４４、音声出力のための音声復調回路
５１とアンプ等のインタフェース回路４７とスピーカ４
３を有している。システムは、さらに、画像の圧縮や復
調のための画像メモリ５８や、一次的な蓄積のための画
像メモリ５３を有していてもよい。全体を制御する制御
回路５４は、モデム５５を介して電話回線に接続されて
おり、テンキー５６によって制御される。各データ線に
は必要に応じてバスラインが用いられる。さらに、シス
テムは、ＰＣＴ通信に必要なＰＣＴ／ＩＰ回路５９や、
必要に応じてマウス７０を有している。これらの幾つか
は半導体チップに搭載されたシステムオンチップになっ
ている。

【００７０】インターネットを見る場合は、ＨＴＭＬ
（Hyper Text Markup Language）のようなテキスト形式
を見るブラウザやＧＩＦ等の画像ファイルを閲覧する機
能、ＪａｖａやＶＲＭＬ（Virtual Reality Markup Lan
guage ）等の言語を認識できるソフトを用意する。

【００７１】電子メールを読む場合は、メールソフトを
準備することで対応可能である。またマイクやＤＳＰを
内蔵しているので、音声認識装置によってメール文章を
作成し、これを送信することも可能である。

【００７２】［第９の実施の形態］本実施形態は、個人
用のビデオ電話装置で受信した映像を、家庭用テレビを
利用して家族で見たり、パーソナルコンピュータで操作
したりする概念を示しており、図１１（ａ）は個人用の
ビデオ電話装置、図１１（ｂ）は家庭用テレビ、図１１
（ｃ）はパーソナルコンピュータを示している。

【００７３】図１１（ａ）に示すように、個人用のビデ
オ電話装置２０は無線データ通信または無線ＬＡＮ用の
アンテナ６１を備えている。通話者は、表示窓２２を見
ながら、視線一致した会話を行なう。

【００７４】図１１（ｂ）に示すように、家庭用のテレ
ビ７２は、無線データ通信または無線ＬＡＮ用のアンテ
ナ７１を備えている。相手の顔を家族みんなで見る場合
には、無線により、ビデオ電話装置２０から映像信号を
テレビ７２に送る。テレビ７２では、受信した映像信号
をＮＴＳＣ信号に変換して、映像を表示する。また、送
信側の子画面７６を一緒に表示してもよい。この子画面
の信号のはめ込みはビデオ電話装置２０が行なった方が
望ましい。

【００７５】図１１（ｃ）に示すように、パーソナルコ
ンピュータ７３は、無線データ通信または無線ＬＡＮ用
のアンテナ７１を備えている。コンピュータ７３は、さ
らに、高速のＣＰＵ７５とハードディスク７４を有して
いる。ビデオ電話装置２０は無線データ通信または無線
ＬＡＮにより映像信号をコンピュータ７３に送り、コン
ピュータ７３は受信した映像信号を適切な信号に変換し
て映像を表示する。送信側の子画面７６を一緒に表示し
てもよい。

【００７６】コンピュータ７３は、高速のＣＰＵ７５と
大容量のハードディスク７４を用いて、必要に応じて一
部の機能を受け持ってもよい。例えば、ビデオ電話装置
２０のマイクの音声またはデジタル化した音声信号を無
線によりコンピュータ７３に送り、ハードディスク７４
に保存してある大容量の知的データベースを参照しなが
ら高速ＣＰＵ７５で解読し、その結果を無線を用いてビ
デオ電話装置２０に戻す。この音声認識のためのコンピ
ュータは家庭用でなくても、プロバイダーのコンピュー
タでもよいし、キャリア（通信会社）のセンターに備え
付けのコンピュータでもよい。

【００７７】ここでは、無線ＬＡＮを例示したが、有線
のＬＡＮであっても一向に構わない。本発明は、ビデオ
電話装置のみでなく、インタホン等の表示・撮像装置に
も利用でき、また、広く通信分野の装置に応用できるも
のである。すなわち、上述した実施の形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれる
すべての実施を含む。つまり、下記の各項に記した発明
を含んでいる。 （１） 画像表示手段と、光学的パワーを有し、このパ
ワーを用いて上記画像表示手段に表示された画像を光学
的に拡大する光学手段と、上記光学手段のパワーを撮像
における結像に利用して画像を撮像する撮像手段と、上
記画像表示手段より射出して上記光学手段へ導かれる光
路と、上記光学手段を経由して上記撮像手段に入射する
光路を分離する光路分離手段と、を具備することを特徴
とする表示・撮像装置。 （２） 画像表示手段と、光学的パワーを有する凹面状
の反射部分を含む自由曲面プリズムを含み、このパワー
を用いて上記画像表示手段に表示された画像を光学的に
拡大する光学手段と、上記光学手段のパワーを撮像にお
ける対物光学系として結像に利用して画像を撮像する撮
像手段と、上記画像表示手段より射出して上記光学系に
導かれる光路と、上記光学手段を経由して上記撮像手段
に入射する光路を分離する光路分離手段と、を具備する
ことを特徴とする表示・撮像装置。 （３） 小型の液晶表示装置と、小型の撮像素子と映像
を含む信号処理回路と、有線或いは無線回線の通信信号
をやり取りするモデムを構成要素とするビデオ電話シス
テムにおいて、この液晶表示装置の映像を眼球に投影す
るための光学部品が自由曲面を用いたプリズムであるこ
とを特徴としたビデオ電話システム。 （４） この撮像素子に話者の映像を結像するための光
学部品が自由曲面を用いたプリズムであることを特徴と
した、（３）項に記載のシステム。 （５） 光学部品が偏心の自由曲面プリズムであること
を特徴とした、（３）項または（４）項に記載のシステ
ム。 （６） 光学部品が２つ以上の自由曲面を用いたプリズ
ムで構成され、片方のプリズムに表示装置が取り付けら
れ、別のプリズムに撮像装置が位置していることを特徴
とした、（３）項〜（５）項のいずれかに記載のシステ
ム。 （７） ２つのプリズムの接点が半透明で、ビームスプ
リッタであることを特徴とした、（３）項〜（６）項の
いずれかに記載のシステム。 （８） 自由曲面プリズムが、観察者の眼球から表示装
置までに２回の反射を行なうことを特徴とした、（３）
項〜（７）項のいずれかに記載のシステム。 （９） 自由曲面プリズムが、観察者の眼球に反射する
面がミラーになっていることを特徴とした、（３）項〜
（８）項のいずれかに記載のシステム。 （１０） 液晶表示装置、および撮像装置が像を映し出
す領域の上部に存在することを特徴とした、（３）項〜
（９）項のいずれかに記載のシステム。 （１１） 画像圧縮回路および画像復調回路、及び全体
をコントロールするための制御回路の構成要素を持つこ
とを特徴とした、（３）項に記載のシステム。 （１２） 高周波の変調回路、復調回路を有し、アンテ
ナを有する携帯電話の形態を持つことを特徴とした、
（３）項に記載のシステム。 （１３） 撮像素子側のプリズムと、撮像素子の間にレ
ンズを設け、撮像素子とレンズの間の距離を変えること
によって、焦点を調節可能とした調整機構を持つことを
特徴とした、（３）項〜（５）項のいずれかに記載のシ
ステム。 （１４） 撮像素子側のプリズムと、撮像素子の間にレ
ンズ群を設け、撮像素子とレンズ群の間の距離を変える
ことによって、倍率を調節可能とした調整機構を持つこ
と事を特徴とする、（３）項〜（５）項のいずれかに記
載のシステム。 （１５） 自由曲面プリズムの観察者側にケースと一体
化または接着された透明板を有し保護することを特徴と
した、（３）項〜（５）項のいずれかに記載のシステ
ム。 （１６） 自由曲面プリズムの観察者側にケースと一体
化または接着された透明板を有し、タッチパネル用の２
次元圧力センサーを配置したことを特徴とした、（３）
項〜（５）項のいずれかに記載のシステム。 （１７） 表示装置である液晶表示装置のバックライト
面に集光用のプリズムを配置した事を特徴とする、
（３）項〜（５）項のいずれかに記載のシステム。 （１８） 光学部品は単一の偏心型の自由曲面プリズム
であり、眼球位置から反射した光線が液晶表示装置に入
り、その一部の光が撮像素子にはいることを特徴とし
た、（３）項〜（５）項のいずれかに記載のシステム。 （１９） 液晶表示装置、および撮像装置が像を映し出
す領域の下部に存在することを特徴とした、（３）項〜
（９）項のいずれかに記載のシステム。 （２０） 中央演算処理部に付帯、または独立した記憶
装置にこの電話特有の認識番号を持ち、通信端末として
使用可能なことを特徴とした、（３）項に記載のシステ
ム。 （２１） ビデオ電話と家庭用テレビ、コンピュータを
無線、または有線の手段で接続し、受信画像を家庭用テ
レビ、コンピュータに送信して観察する、また望ましく
は送信画像同時に観察可能なことを特徴とした、（３）
項に記載のシステム。 （２２） ビデオ電話とコンピュータを無線または有線
の手段で接続し、マイクで取得した音声信号を送付して
コンピュータで音声認識を行なったあと、認識した文字
を再度ビデオ電話に返すことを特徴とした、（３）項に
記載のシステム。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、使用者を正面から撮像
できる小型で低価格な表示・撮像装置が提供される。こ
れにより、視線一致した小型で低価格なビデオ電話装置
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態によるテレビ会議装置（ビデ
オ電話装置）の基本構成である光学系を示している。

【図２】図１に示す光学系を備えたテレビ会議装置を示
している。

【図３】第１の実施の形態によるビデオ電話装置のシス
テム構成を示している。

【図４】第２の実施の形態によるビデオ電話装置の外観
を示している。

【図５】第３の実施の形態によるビデオ電話装置を示し
ており、（ａ）はこのビデオ電話装置の光学系、（ｂ）
はこのビデオ電話装置の外観を示している。

【図６】第４の実施の形態によるビデオ電話装置を示し
ており、（ａ）はこのビデオ電話装置の側断面、（ｂ）
はこのビデオ電話装置の外観を示している。

【図７】第５の実施の形態によるビデオ電話装置を示し
ており、（ａ）はこのビデオ電話装置の光学系、（ｂ）
はこのビデオ電話装置の外観を示している。

【図８】第６の実施の形態によるビデオ電話装置の光学
系を示している。

【図９】第７の実施の形態によるビデオ電話装置の光学
系を示している。

【図１０】第８の実施の形態による通信端末の機能を備
えたビデオ電話装置のシステム構成を示している。

【図１１】第９の実施の形態によるビデオ電話装置の受
信映像を家庭用テレビやパーソナルコンピュータに送る
システムを示しており、（ａ）はこのシステムに用いら
れる個人用のビデオ電話装置、（ｂ）はこのシステムに
用いられる家庭用テレビ、（ｃ）はこのシステムに用い
られるパーソナルコンピュータを示している。

【符号の説明】 １ 自由曲面プリズム ２ 液晶表示装置 ３ バックライト ４ プリズム ５ 撮像系のレンズ ６ 撮像素子 ７ 反射ミラー ８ ビームスプリッター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示手段と撮像手段と光路分離手段
   を具備し、画像表示手段より光路分離手段を経由して操
   作者に至る光路で画像表示手段に表示した画像を操作者
   に表示するとともに、操作者より光路分離手段を経由し
   て撮像手段に至る光路で操作者を撮像可能に構成された
   表示・撮像装置であり、 上記光路分離手段と操作者の間に配設され、光学的パワ
   ーを有して上記画像表示手段に表示された画像を光学的
   に拡大するとともに、該光学パワーを上記撮像手段の撮
   像における結像に利用する光学手段をさらに具備するこ
   とを特徴とする表示・撮像装置。
2. 【請求項２】上記光学手段は、凹面状の光反射部材であ
   る凹面反射手段を含むことを特徴とする請求項１に記載
   の表示・撮像装置。
3. 【請求項３】上記光学手段は自由曲面プリズムを含むこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示・
   撮像装置。