JP2002010293A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 追従機能を有する直視型立体画像表示装置に
おいて、簡便な構成で精度良い視点位置検出及び／又は
距離検出を実現した直視型立体画像表示装置を提供する
こと。 【解決手段】 観察者５４を撮影するカメラ１１の撮影
方向を変更可能とし、このカメラ１１で撮影した画像に
基づいて検出した観察者５４の視点位置に基づいて、マ
スク基板７の観察者に対して左右方向への水平移動及び
カメラ１１の回転を同時に行う。カメラ１１の撮影方向
が動的に変えられるため、撮影画像に占める観察者５４
の頭部の割合を大きくすることが可能で、撮影画像に基
づく視点位置検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は立体画像表示装置に
関し、特に被測定者（観察者）の視点位置を検出して、
立体視可能な範囲を拡大可能な立体画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、裸眼による立体視が可能ないわゆ
る直視型立体画像表示装置がある。立体画像表示装置に
は種々の方式があるが、例えば特開平９−３１１２９４
号公報には、２枚のレンチキュラーレンズとマスクによ
って左右視差画像を分離する立体表示装置が開示されて
いる。以下、特開平９ー３１１２９４号公報に開示され
る方式をリアクロスレンチキュラ方式と言う。図１１は
リアクロスレンチキュラ方式の立体画像表示装置の例を
示す要部斜視図である。図中、６は画像表示用のディス
プレイデバイスであり、例えば液晶素子（ＬＣＤ）で構
成する。図は、偏光板、カラーフィルター、電極、ブラ
ックマトリクス、反射防止膜などは省略してある。

【０００３】１０は照明光源となるバックライト（面光
源）である。ディスプレイデバイス６とバックライト１
０の間には、市松状の開口８を備えたマスクパターンを
形成したマスク基板（マスク）７を配置している。マス
クパターンは透明なガラスまたは樹脂からなるマスク基
板７上にクロムなどの金属蒸着膜または光吸収材等をパ
ターニングして製作している。バックライト１０、マス
ク基板７等は光源の一要素を構成している。

【０００４】マスク基板７とディスプレイデバイス６の
間には、透明樹脂またはガラス製の第１のレンチキュラ
ーレンズ３及び第２のレンチキュラーレンズ４を配置し
ている。第１のレンチキュラーレンズ３は垂直方向に長
い縦シリンドリカルレンズを左右方向に並べて構成した
縦シリンドリカルレンズアレイであり、第２のレンチキ
ュラーレンズ４は水平方向に長い横シリンドリカルレン
ズを上下方向に並べて構成した横シリンドリカルレンズ
アレイである。

【０００５】ディスプレイデバイス６に表示する画像は
図示するように左右の視差画像Ｒ及びＬを夫々上下方向
に多数の横ストライプ状の横ストライプ画素Ｒ，Ｌに分
割し、それらを例えば画面上からＬＲＬＲＬＲ・・・・
と交互に並べて１つの画像に構成した横ストライプ画像
である。

【０００６】バックライト１０からの光はマスク基板７
の各開口８を透過してディスプレイデバイス６を照明
し、観察者の両眼に左右のストライプ画素Ｒ，Ｌが分離
して観察される。

【０００７】すなわち、マスク基板７はバックライト１
０により照明され、開口８から光が出射する。マスク基
板７の観察者側には第１のレンチキュラーレンズ３を配
置しており、その各シリンドリカルレンズのほぼ焦点位
置にマスク基板７がくるようにレンズ曲率を設計してい
る。この断面においては第２のレンチキュラーレンズ４
は光学的に何の作用もしないので、開口８上の１点から
射出する光束はこの断面内では略平行光束に変換され
る。

【０００８】マスクパターンの一対の開口部と遮光部は
略第１のレンチキュラーレンズ３の１ピッチに対応する
ように設定している。

【０００９】また、観察者の所定の位置から第１のレン
チキュラーレンズ３までの光学的距離と第１のレンチキ
ュラーレンズ３からマスクパターンまでの光学的距離の
関係を元に、第１のレンチキュラーレンズ３のピッチと
マスクパターンの一対の開口部と遮光部のピッチを定め
ることによって、画面の全幅にわたって、開口部８から
の光が一様に左眼又は右眼に集まるようにすることがで
きる。このようにしてディスプレイデバイス６上の左右
のストライプ画素が水平方向に左眼、右眼の領域に分離
して観察される。

【００１０】第２のレンチキュラーレンズ４は、マスク
７の開口８上の各点から発する光束を、すべてディスプ
レイデバイス６の右目又は左目用ストライプ画素上に集
光して、これを照明、透過して上下方向にのみ集光時の
ＮＡに応じて発散し、観察者の所定の眼の高さから画面
の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素を一
様に分離して見える観察領域を与えている。

【００１１】しかしながら、このような立体画像表示装
置の視野角は狭く、観察者の視点が視野角からはずれる
と立体表示が認識されなくなる。そのため、観察者の視
点位置を検出して、視点位置の移動に応答して画像表示
を制御することにより、立体視が可能な視野角範囲を動
的に移動することによって、実質的な視野角を拡大する
技術が提案されている。例えば、特開平１０−２３２３
６７号公報には、マスクパターン又はレンチキュラーレ
ンズを表示面に平行移動させて、立体視可能な領域（視
野角）を拡大する技術が開示されている。

【００１２】図１２は、特開平１０−２３２３６７号公
報に開示される立体画像表示装置の図である。図１２に
おいて、図１１と同じ構成要素には同じ参照数字を付
し、説明は省略する。図１２の立体画像表示装置はレン
チキュラーレンズが１枚の構成を有するので、図１１に
おける第２のレンチキュラーレンズ４を有していない。

【００１３】このような構成の立体画像表示装置におい
て、観察者５４の移動に応じた制御は以下のように行わ
れる。まず、位置センサー５１が、予め設定された基準
の位置からの観察者５４の水平方向のずれを検出し、そ
の情報を制御ユニット５２へ送り、このずれ情報に応じ
て制御ユニット６０がディスプレイ駆動回路６１へ画像
制御信号を出力すると、ディスプレイ駆動回路６０が第
１又は第２の横ストライプ画像をディスプレイ６に表示
する。同時に制御ユニット６０はずれ情報に基づくアク
チュエータ駆動信号を発生し、マスクパターン７を水平
方向に移動させるアクチュエータ６２を駆動することに
より、マスクパターン７を観察者５４が左右のストライ
プ画像をもっともよく分離できる位置に移動させる。こ
の結果、観察者５４の視点位置が変化しても、立体視可
能な範囲が拡大することになる。

【００１４】また、特開平１０−１１５８００号公報に
は、レンチキュラーレンズを水平方向だけでなく、表示
素子との距離も可変とすることによって、立体視可能な
範囲を左右方向だけでなくでなく奥行き方向（表示装置
と観察者との距離方向）に拡大した直視型立体画像表示
装置が提案されている。

【００１５】このような立体画像表示装置において、マ
スクパターンやレンチキュラーレンズの移動量は、観察
者の視点位置や観察者と表示装置との距離の検出結果に
よって決定される。通常、視点位置検出は表示装置に設
けたビデオカメラによって観察者を撮影し、撮影画像に
テンプレートマッチングなどを施す画像処理方法により
行われている。また、距離検出については、ステレオカ
メラで撮影したステレオ画像を用いた方法により検出が
行われていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た追従機能を有する立体画像表示装置においては、固定
したカメラによる撮影画像を用いて視点位置及び距離の
検出が行われていたため、観察者の移動を考慮してカメ
ラの画角をある程度広くとる必要があった。そのため、
撮影画像に占める観察者の顔の面積は小さく、視点位置
の検出精度を上げることが難しい。

【００１７】また、検出した視点位置や距離から、マス
クパターンやレンチキュラーレンズの移動量を別途決定
してからこれらを移動する移動機構を制御する必要があ
り、装置の構成が複雑になっていた。

【００１８】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、追従機能を有する直視型立体画像表示装置
において、簡便な構成で精度良い視点位置検出及び距離
検出を実現した直視型立体画像表示装置を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、パララックス部材を用いて光束を分離し、観察者の
右目及び左目に独立した画像を視認させることによっ
て、観察者に立体画像を提示する立体画像表示装置であ
って、観察者を撮影する撮像手段と、撮像手段により撮
影した観察者の画像に基づいて観察者の視点位置を検出
する視点位置検出手段と、視点位置検出手段が検出した
視点位置に基づき、パララックス部材の観察者に対して
左右方向への移動及び撮像手段の撮影方向変更を同時に
行う駆動手段とを有することを特徴とする立体画像表示
装置に存する。

【００２０】また、本発明の別の要旨は、パララックス
部材を用いて光束を分離し、観察者の右目及び左目に独
立した画像を視認させることによって、観察者に立体画
像を提示する立体画像表示装置であって、観察者を撮影
する撮像手段であって、外部からの制御により前後に移
動可能な合焦用レンズを有する撮像手段と、合焦用レン
ズを制御して、観察者と立体画像表示装置との距離を測
定する測距手段と、測距手段による合焦用レンズの移動
制御に連動して、パララックス部材の観察者に対して前
後方向への移動を行う駆動手段とを有することを特徴と
する立体画像表示装置に存する。

【００２１】また、本発明の別の要旨は、パララックス
部材を用いて光束を分離し、観察者の右目及び左目に独
立した画像を視認させることによって、観察者に立体画
像を提示する立体画像表示装置であって、観察者を撮影
する撮像手段であって、外部からの制御により前後に移
動可能な合焦用レンズを有する撮像手段と、物体により
反射される波動を放射する放射手段と、反射された波動
を受信する受信手段と、受信手段で受信した波動を用い
て観察者と立体画像表示装置との距離を測定する測距手
段と、測距手段により測定された距離に基づいて、合焦
用レンズの移動制御とパララックス部材の観察者に対し
て前後方向への移動を同時に行う駆動手段とを有するこ
とを特徴とする立体画像表示装置に存する。

【００２２】また、本発明の別の要旨は、パララックス
部材を用いて光束を分離し、観察者の右目及び左目に独
立した画像を視認させることによって、観察者に立体画
像を提示する立体画像表示装置であって、観察者を撮影
する撮像手段であって、外部からの制御により前後に移
動可能な合焦用レンズを有する撮像手段と、合焦用レン
ズを制御して、観察者と立体画像表示装置との距離を測
定する測距手段と、撮像手段により撮影した観察者の画
像に基づいて観察者の視点位置を検出する視点位置検出
手段と、視点位置検出手段が検出した視点位置に基づ
き、パララックス部材の観察者に対して左右方向への移
動及び撮像手段の撮影方向変更を同時に行う第１の駆動
手段と、測距手段による合焦用レンズの移動制御に連動
して、パララックス部材の観察者に対して前後方向への
移動を行う第２の駆動手段とを有することを特徴とする
立体画像表示装置に存する。

【００２３】また、本発明の別の要旨は、パララックス
部材を用いて光束を分離し、観察者の右目及び左目に独
立した画像を視認させることによって、観察者に立体画
像を提示する立体画像表示装置であって、観察者を撮影
する撮像手段であって、外部からの制御により前後に移
動可能な合焦用レンズを有する撮像手段と、物体により
反射される波動を放射する放射手段と、反射された波動
を受信する受信手段と、受信手段で受信した波動を用い
て観察者と立体画像表示装置との距離を測定する測距手
段と、撮像手段により撮影した観察者の画像に基づいて
観察者の視点位置を検出する視点位置検出手段と、視点
位置検出手段が検出した視点位置に基づき、パララック
ス部材の観察者に対して左右方向への移動及び撮像手段
の撮影方向変更を同時に行う第１の駆動手段と、測距手
段により測定された距離に基づいて、合焦用レンズの移
動制御とパララックス部材の観察者に対して前後方向へ
の移動を同時に行う第２の駆動手段とを有することを特
徴とする立体画像表示装置に存する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をそ
の好適な実施形態に基づき詳細に説明する。図１は、本
発明の実施形態に係る立体画像表示装置の構成例を示す
ブロック図である。図１において、図１２と同じ構成要
素には同じ参照数字を付し、重複する説明は省略する。

【００２５】本実施形態に係る立体画像表示装置は、表
示部１００と検出部１３及び制御部１４から構成され
る。表示部は位置センサ５１の代わりに回転可能なカメ
ラ１１を用いること以外、図１２に示した構成と同一で
よい。もちろん、レンチキュラーレンズをもう一枚設け
て、２枚のレンチキュラーレンズ方式とすることも可能
である。

【００２６】カメラ１１は例えばビデオカメラであり、
観察者５４の顔面を中心に撮影する。カメラ１１には例
えばロータリーエンコーダ等の回転角センサ１２が接続
されており、初期位置からのカメラ１１の回転角を出力
する。

【００２７】検出部１３は、視点位置検出部１３１を有
し、カメラ１１で撮影した画像データから、観察者５４
の視点位置を検出し、検出結果を制御部１４へ出力す
る。本実施形態において観察者の視点位置検出に用いる
方法は任意であるが、例えば

【００２８】公知のテンプレートマッチングを用いた方
法を用いることができる。この際、赤外光を用いて撮影
した画像データ（赤外画像）からの視点位置検出を用い
ることもできる。即ち、よく知られるように、人間の瞳
孔が近赤外光を再帰反射する（入射方向と同一方向に光
を戻す）性質を有することを利用し、赤外画像を適当な
閾値で二値化処理して、鋭い反射ピークとして得られる
瞳孔反射光を検出することによって、正確な視点位置が
検出できる。

【００２９】赤外画像を用いた視点位置検出を行う場
合、別途赤外光源を設けるとともに、カメラ１１のＣＣ
Ｄ等にフィルタを設ける等して赤外画像を撮影するよう
に構成すればよい。

【００３０】もちろん、出願人が先に出願した特願平１
１−８２４５５号に記載したように、これらの方法を組
み合わせて用いることも可能である。この場合、カメラ
１１にハーフミラー等の光路制御機構と赤外発光ダイオ
ード等の赤外光発光素子を内蔵し、カメラ１１の撮影軸
と同一の光軸で赤外光を観察者に照射可能に構成するこ
とにより、赤外画像と可視画像を切り換えて撮影可能と
し、最初の視点位置検出には赤外画像を用い、その後の
視点追従には可視画像を用いたテンプレートマッチング
を行うように制御部１４によって切り換え制御を行えば
よい。

【００３１】制御部１４は、表示部１００で追従制御を
行うパララックス部材（本実施形態においてはマスク基
板７）を移動させるパララックス部材移動機構１４１、
カメラ１１を所定角度だけ回転させるカメラ回転機構１
４２、検出部１３の視点位置検出部１３１からの視点位
置情報と、回転角センサ１２からの回転角とから、パラ
ラックス部材及びカメラの移動量（回転角）を求める制
御量演算部１４３

【００３２】、制御量演算部１４３の出力に基づきモー
タ１４５を駆動する駆動回路１４４とから構成される。
制御部１４には、この他にも表示部１００で実際に表示
する画像データを生成する画像データ生成部や、カメラ
１１が赤外画像と可視画像を切り換えて撮影する形式の
場合にその切り換え制御を行う切り換え制御部等、立体
画像表示装置に必要な処理を行う処理部が含まれるが、
本実施形態にこれらの処理部は直接関係

【００３３】しないので、説明を簡潔にするためこれら
処理部の説明は省略する。制御量演算部１４３は、視点
位置検出部１３１が検出した観察者５４の視点位置情報
と、現在のカメラ１１の回転角を表す回転角センサ１２
の出力から、観察者５４が検出された視点位置で立体画
像を正しく立体視するために必要なマスク基板７の移動
量を求める。

【００３４】この演算は、実時間で行うこともできる
が、予め視点位置情報における視点位置座標の水平方向
の絶対値と、それに対応するマスク基板７の移動量を求
め、テーブルとして記憶しておいて、視点位置検出部１
３１からの視点位置情報を用いてこのテーブルを参照す
るように構成することによっても実現できる。

【００３５】本実施形態においては、カメラ１１の回転
と、マスク基板７の移動の両方を、１つのモータ１４５
で行う。具体的には、モータ１４５の軸にパララックス
部材移動機構１４１用及びカメラ回転機構１４２用の独
立した動力伝達機構（歯車、プーリー及びベルトの組み
合わせ等）を取り付け、これら動力伝達機構のギア比や
プーリーの径比等を調整してマスク基板７に必要な移動
量とカメラ１１に必要な回転角を同一のモータ軸回転量
で得られるように構成すればよい。

【００３６】あるいは、モータ１４５ではカメラ回転機
構１４２又はパララックス部材移動機構１４１のいずれ
か一方のみを直接駆動し、駆動される機構もしくはこの
機構で移動／回転するマスク基板７／カメラ１１により
他方の機構又はマスク基板７／カメラ１１を駆動するよ
うに構成しても良い。

【００３７】図２は、モータ１４５でマスク基板７及び
カメラ１１を駆動する場合の構成例を示す斜視図であ
る。モータ１４５は駆動回路１４４によって回転量及び
回転方向の制御が可能なモータである。軸トルクが大き
く、回転精度の高いモータであることが好ましい。モー
タ１４５の回転軸には駆動用ギア１５７が取り付けられ
ている。

【００３８】モータ１４５の回転は駆動用ギア１５７→
ギア１５３→ギア１５４→ギア１５５→ギア１５６→ギ
ア１５２と伝達し、ギア１５２と垂直に組み合わされた
ギア１４８によって、回転方向を垂直に変換する。ギア
１４８には軸１４６を介してギア１４７が取り付けられ
ており、ギア１４７はマスク基板７移動用のラック２２
とかみ合うように配置されている。

【００３９】マスク基板７の下面はガイドレール２１に
沿ってスライド可能に支持されており、端面下部にはラ
ック２２が設けられている。従って、このラック２２を
ギア１４７によって駆動することにより、マスク基板７
をガイドに沿って左右方向にスライドすることが可能で
ある。この場合、ギア１４７、軸１４６、ギア１４８、
ギア１５２〜１５７及びラック２２がパララックス部材
移動機構１４１を構成する。

【００４０】一方、駆動ギア１５７に組み合わされたギ
ア１５３には、ギア１５４の他にギア１４９が組み合わ
されている。そして、ギア１４９には回転軸を共通とす
るプーリー１５０が設けられ、プーリー１５０に掛けら
れたベルト１５１によってカメラ１１の回転軸に固定さ
れたプーリー１５２にギア１４９の回転を伝達するよう
に構成されている。この場合、ギア１５３、１４９、プ
ーリー１５０、１５２及びベルト１５１がカメラ回転機
構１４２を構成する。図では簡略化のためプーリー１５
０及びベルト１５１は通常の（歯付きでない）ものが記
載されているが、滑り防止のため、歯付きプーリと歯付
きベルトを用いることが好ましい。

【００４１】なお、図２においては便宜上ギア１４９と
ギア１５３が直接組み合わされた構成を示したが、これ
はマスク基板７に対してカメラ１１の回転量が大きいこ
とを意味するものではなく、１つのモータ１４５によっ
てカメラ１１とマスク基板７の両方を駆動する機構の概
念を提示することのみを目的としたものである。実際に
はギア１５３とギア１４９の間に他のギアを介在させた
り、各ギアの歯数及びプーリーの経比を調整することに
よって、マスク基板７の移動量とカメラ１１の回転量の
調整を行うことは言うまでもない。もちろん、ギアの追
加／除去も可能である。また、減速比を調整する目的で
のギアの加除も可能であることは言うまでもない。

【００４２】図３は、観察者５４の視点位置移動方向
と、マスク基板７及びカメラ１１の移動／回転方向との
関係を示す図である。図３（ａ）は観察者が立体画像表
示装置の正面に位置する場合、図３（ｂ）は観察者の視
点位置が左に距離Ｄずれた状態を上方から見た状態をそ
れぞれ示す。図３においては、図を簡潔にするため、右
目に入射すべき画像の入射方向のみを示している。図か
ら明らかなように、観察者の視点位置が左にずれた場
合、マスク基板７を右方向にｄ（ｄ＜Ｄ）ずらすことに
よって、引き続き観察者に立体画像が正しく視認され
る。

【００４３】一方、観察者を撮影するカメラ１１の光軸
は、図中矢印Ｃ、Ｃ’で示すように観察者の移動方向と
同一方向に回転することになる。従って、図２において
矢印で示すように、モータ１４５を反時計回りに回転さ
せることによって、カメラ１１を反時計回りに、マスク
基板７をユーザに向かって右方向へ移動させる。

【００４４】ここで、マスク基板７の移動量と、対応す
る視点位置移動量についての関係について、図４を用い
て説明する。図４は、表示部１００と観察者５４を上面
から見た図である。本実施形態において、縦方向のレン
チキュラーレンズアレイ（縦レンチキュラー）３の個々
のレンズ中心とマスク基板７のマスク開口（白い升）の
中心を結ぶ線が観察者の右目位置に交わるように設定さ
れ、また縦レンチキュラー３の個々のレンズがマスク開
口からの発散光束を並行光束に変換するように構成され
ているものとする。

【００４５】この条件の下に、以下の式が成り立つ。 Ｌｈ１／（Ｌｈ１＋Ｌｈ２）＝ＨＬ／（２・Ｈｍ） 式（１） ただし、 Ｌｈ１：観察者５４と縦レンチキュラー３との光学的距
離（ｍｍ） Ｌｈ２：マスク基板７と縦レンチキュラー３との光学的
距離（ｍｍ） ＨＬ：縦レンチキュラー３を構成するシリンドリカルレ
ンズのピッチ（ｍｍ） Ｈｍ：マスク基板７の開口部及び遮光部の水平方向幅
（ｍｍ） である。

【００４６】また、図４における三角形の相似条件か
ら、次式が成り立つ。 Ｄ／Ｌｈ１＝ｄ／Ｌｈ２ 式（２） ただし、 Ｄ：視点位置移動距離（ｍｍ） ｄ：マスク基板７の移動距離（ｍｍ） である。

【００４７】式（１）及び（２）から、マスク基板移動
量ｄは ｄ＝Ｄ×（２×Ｈｍ−ＨＬ）／ＨＬ 式（３） と求められ、視点位置の水平方向移動距離Ｄを求めるこ
とによって、マスク基板移動量ｄが得られることがわか
る。

【００４８】例えば、Ｈｍ＝０．１９２５ｍｍ、ＨＬ＝
０．３８４１ｍｍ、Ｄ＝３００ｍｍとすると、 ｄ＝３００×（２×０．１９２５−０．３８４１）／
０．３８４１＝０．７０３ となり、視点位置移動距離３００ｍｍをカバーするには
マスク基板７の可動量を約０．７ｍｍとすればよいこと
になる。

【００４９】一方、カメラ１１の回転角については、視
点位置の水平方向移動量と観察者５４と立体画像表示装
置との距離によって決定することができる。立体画像表
示装置においては設計時に最適な観察距離が決められ、
後述する奥行き方向についての追従機能を有していても
それほど大きな変化はないと考えられるため、実際には
視点位置の移動量との対応付けは容易である。

【００５０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、観察者の移動に追従して正しい立体画像が観察可能
な立体画像表示装置において、簡便な機構により精度の
高い追従制御が実現できる。

【００５１】（第１の実施形態の変形例１）実施形態１
においては、カメラ１１全体を回転させる構成であった
が、１つのモータでマスク基板７及びカメラ１１全体を
駆動するため、駆動機構１４１及び１４２のバックラッ
シュが生じる可能性がある。そのような場合には、カメ
ラ１１全体ではなく、例えば図５に示すようにカメラ１
１は固定式とし、回転式のミラー２０を実施形態１にお
けるカメラ１１に置き換え、バックラッシュ除去用のバ
ネを設けることにより、モータ１４５によって駆動する
質量が大幅に減少し、応答性が向上するとともにバック
ラッシュを低減することが可能である。この場合、カメ
ラ１１で撮影する画像は鏡像となるため、視点位置検出
部において左右を反転した画像を用いて視点位置検出を
行う必要がある。

【００５２】（第１の実施形態の変形例２）また、図６
に示すように、カメラ内部の撮像素子１１１のみを移動
することによっても第１の実施形態の変形例１と同様の
効果が得られる。この場合、図６に示すようにマスク基
板７の移動方向と撮像素子の移動方向は同じ向きにな
る。

【００５３】図７に、この場合のパララックス部材移動
機構１４１及びカメラ回転機構（撮像素子移動機構）１
４２の構成例を示す。図７に示す構成例において、パラ
ラックス部材移動機構１４１については図２を用いて説
明した構成と同一であるため、説明は省略する。

【００５４】一方、撮像素子移動機構１４２は、第１〜
第３のリンク１６１、１６２及び１６４から構成され
る。第１のリンク１６１は、一端がギア形状を有し、ギ
ア１５３に組み合わされている。また、他端は第２のリ
ンク１６２の一端と図示しない共通軸で接続されてい
る。第１のリンクはその略中央を軸で支持されており、
ギア１５３の回転に従って軸周りに回転する。第２のリ
ンク１６２の他端は第３のリンク１６４の一端と図示し
ない共通軸で接続されており、リンク１６１の回転をリ
ンク３に伝達する機能を有する。

【００５５】第３のリンク１６４は第１のリンク１６１
と同様に略中央を図示しない軸で支持され、この軸回り
に回転可能に構成されている。また、第３のリンク１６
４の他端には、軸１６５によってＣＣＤ１１１が接続さ
れている。従って、第３のリンク１６４が第２のリンク
１６２によって伝達された第１のリンク１６１の回転に
よって回転することにより、ＣＣＤ１１１が左右方向に
移動する。

【００５６】ＣＣＤ１１１は並行板バネ１６３を介して
図示しないＣＣＤ支持部材に支持されており、並行板バ
ネ１６３が撓むことのできる範囲で第３のリンクの回転
に伴って移動する。図７に矢印で示すように、モータ１
４５の駆動用ギア１５７が反時計回りに回転すると、第
１のリンク１６１も反時計回りに回転し、第２のリンク
が紙面右手方向に引っ張られる。これにより第２のリン
ク１６２に接続された第３のリンクが時計回りに回転
し、ＣＣＤ１１１が紙面左方向に（回転）移動する。ま
た、図２を用いて説明したように、マスク基板７も同時
に紙面左方向に移動する。

【００５７】なお、図７においては便宜上第１のリンク
１６１とギア１５３が直接組み合わされた構成を示した
が、これはマスク基板７に対してＣＣＤ１１１の移動量
が大きいことを意味するものではなく、１つのモータ１
４５によってＣＣＤ１１１とマスク基板７の両方を駆動
する機構の概念を提示することのみを目的としたもので
ある。実際にはギア１５３とリンク１６１の間に他のギ
アを介在させたり、第１及び第３のリンクの回転軸の位
置を変更する等により、マスク基板７の移動量とＣＣＤ
１１１の移動量の調整を行うことは言うまでもない。も
ちろん、ギアの追加／除去も可能である。また、減速比
を調整する目的でのギアの加除も可能であることは言う
までもない。

【００５８】（実施形態２）実施形態１においては、マ
スク基板７を水平方向に移動することによって観察者の
左右方向への視点移動に追従可能な立体画像表示装置を
示したが、本実施形態においてはカメラのオートフォー
カス制御と連動して縦レンチキューラー３を前後方向に
移動することによって、奥行き方向への追従を可能とし
たことを特徴とする。

【００５９】図８は本実施形態に係る立体画像表示装置
の構成例を示す図である。第１の実施形態と同様、立体
画像表示装置は、表示部１００、検出部２４及び制御部
２３から構成される。

【００６０】カメラ５２は、レンズ５５及び撮像素子５
３を有し、レンズ５５を前後に移動することによって合
焦を行うオートフォーカス機構を有している。図では簡
略化して記載しているが、レンズ５５は実際には複数の
レンズが組み合わされた構成を有するカメラレンズの合
焦用レンズに相当する。

【００６１】撮像素子５３は、ＣＣＤ等のイメージセン
サから構成され、レンズ５５の結像を電気信号に変換し
て出力する。レンズ５５同様、撮像素子５３についても
簡略化して記載してあるが、実際には複数のＣＣＤから
構成されたり、オートフォーカス制御用に設けられた他
の撮像素子を含んでいても良い。

【００６２】撮像素子５３が出力する画像信号は、検出
部２４を構成する測距回路部２４１に入力され、画像処
理等の距離測定に必要な処理が行われる。オートフォー
カス制御はどのような方法であっても良いが、例えばコ
ントラスト検出方式を用いた場合には、モータ２３３、
レンズ駆動機構２３１を介してレンズ５５を駆動し、測
距回路部２４１で撮像素子５３で取得した画像データを
解析して、最もコントラストの高い画像が取得されるレ
ンズ位置を探索する。

【００６３】あるいは、赤外線方式を用いる場合には、
赤外光発光素子５６と受光素子５７をカメラ５２に設
け、測距回路部２４１によって赤外光発光素子５６を制
御して赤外光を発光させ、その反射光の受光素子５７に
よる受光結果を基に観察者５４の絶対距離を演算する。
そして、モータ２３３、レンズ駆動回路２３１を介して
レンズ５５の位置を得られた絶対距離に合焦する位置に
制御する。

【００６４】本実施形態においても実施形態１と同様、
１つのモータでレンズ５５及び縦レンチキュラー３を駆
動するため、測距処理時にレンズを駆動する必要のある
コントラスト検出方式等のオートフォーカス制御方式よ
りは、レンズ５５を駆動することなく測距が可能な赤外
線方式や超音波方式等のアクティブオートフォーカス制
御方式の方が好ましい。

【００６５】縦レンチキュラー３を前後に移動させるパ
ララックス部材移動機構２３２及び合焦用のレンズ５５
を前後に移動させるレンズ移動機構２３１は、共通のモ
ーター２３３によって駆動される。

【００６６】図９は、モータ２３３によってこれら移動
機構を駆動する構成の例を示す斜視図である。図９に
は、レンズ５５及び縦レンチキュラー３の駆動に関連す
る要素のみ記載している。

【００６７】モータ２３３の回転軸２３７には、ウォー
ムギア２３６が設けられるとともに先端部分ではネジ山
６０が設けられている。一方、縦レンチキュラー３はガ
イドレール２３４で底部両端を前後方向に可能に支持さ
れている。また、縦レンチキュラー３の、ウォームギア
２３６に対応する位置には、ラック２３５が設けられて
いる。ガイドレール２３４、ラック２３５及びウォーム
ギア２３６がパララックス部材移動機構２３２を構成す
る。

【００６８】一方、合焦用レンズ５５はレンズホルダ５
９に支持されている。レンズホルダ５９は上部で軸５８
と移動可能に接続されるとともに、下部をモータ２３３
の回転軸２３７に接続される。レンズホルダ５９の、回
転軸２３７との接続部内面にはネジ山６０に対応するネ
ジ溝（図示せず）が設けられている。軸５８、レンズホ
ルダ５９及びネジ山６０（回転軸２３７）はレンズ移動
機構２３１を構成する。

【００６９】このような構成において、モータ２３３の
回転軸２３７が回転すると、それに伴ってウォームギア
２３６及びネジ山６０が回転する。ウォームギア２３６
が回転すると、ウオームギア２３６にかみ合うラック２
３５を介して縦レンチキュラー３が前後に移動する。同
時に、ネジ山６０にかみ合うレンズホルダ５９下部の接
続部内部のネジ溝によって、レンズホルダ５９が前後に
移動する。

【００７０】図１０に示すように、マスク基板７と縦レ
ンチキュラー３との距離を離すことによって、観察され
る像５０の大きさを維持したままその観察位置を遠くに
移動することができる。従って、測距中（もしくは測距
後）のレンズ駆動に連動して縦レンチキュラー３を前後
方向に移動制御することによって、観察者の前後方向の
移動に追従することが可能である。

【００７１】本実施形態においても、実施形態１の説明
において述べたように、共通のモータによって２つの移
動機構を駆動する場合、モータの回転軸から直接個々の
移動機構に動力を伝達する方法と、モーターでは一方の
みを直接駆動し、他方は間接的に駆動するような構成に
しても良い。

【００７２】以上説明したように、本実施形態において
は、観察者を撮影するカメラ１１にオートフォーカス機
能を設け、合焦時のレンズ駆動に連動してパララックス
部材としての縦レンチキュラー３を前後方向に移動させ
ることにより、観察者の前後方向への移動に対しても追
従して正しく立体視を継続させることの可能な立体画像
表示装置が実現できる。

【００７３】

【他の実施形態】上述の実施形態においては、カメラの
レンズとして単焦点レンズを用いた例を説明したが、ズ
ームレンズを用いることも可能である。そして、撮影時
の画角を動的に制御することによって、更に精度の高い
視点位置検出を実現することができる。

【００７４】これは、上述したように、観察者を撮影し
た画像データから視点位置検出を行う場合、観察者の顔
面、特に目の部分が大きく撮影されている画像を用いた
方が視点位置検出精度が高い。一方、テンプレートマッ
チングにより視点位置検出を行う場合、標本値に従って
決定した人間の目の間隔を用いてテンプレートを作成す
るため、目の間隔が変動するのは好ましくない。従っ
て、特に観察者の前後方向の移動に追従して画角を調整
し、目と目の間隔が所定の範囲内に入るようにすること
によって、より高精度な視点位置検出、ひいては高精度
な追従制御を可能とする。

【００７５】具体的には、第１の実施形態においては、
図１の構成において、視点位置検出部１３１において、
撮影した画像から観察者の顔面輪郭を抽出し、画像全体
に占める割合を求めて、その値が予め定めた割合の範囲
内より大きいか小さいかを出力させる。そして、この出
力を用いて画角を調整する画角調整部を設ければよい。
画角調整部は、顔面が画像に占める割合が所定値より小
さい場合には画角を小さく（ズームイン）し、逆に大き
な場合には画角を大きく（ズームアウト）する。

【００７６】また、第２の実施形態においては、図８の
構成において、測距回路部２４１で得られた距離測定結
果に応じて画角を調整する画角調整部を設ければよい。
画角調整部は、マッチング用のテンプレートを作成した
時点での距離を基準として、距離が増加すれば画角が小
さく、距離が減少すれば画角が大きくなるように制御す
る。

【００７７】また、上述の第１及び第２の実施形態を組
み合わせることも可能である。即ち、カメラとして回転
可能でかつオートフォーカス機能を有するカメラを用
い、カメラの回転とマスク基板７の水平方向移動制御を
連動させるとともに、またオートフォーカス時のレンズ
駆動と縦レンチキュラー３の移動を連動させる。もちろ
ん、可能であれば４つの駆動動作を全て連動させても良
い。

【００７８】更に、第１及び第２の実施形態の組み合わ
せに、上述の画角制御を更に組み合わせることも可能で
あることは言うまでもない。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
追従機能を有する直視型立体画像表示装置において、簡
便な構成で精度良い視点位置検出及び／又は距離検出を
実現した直視型立体画像表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装
置の構成例を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装
置におけるパララックス部材移動機構１４１及びカメラ
回転機構１４２の構成例を示す斜視図である。

【図３】マスク基板の移動方向とカメラの回転方向との
関係を説明する図である。

【図４】マスク基板の移動量と追従可能な移動距離との
関係を説明する図である。

【図５】本発明の第１の実施形態の変形例１に係る立体
画像表示装置のカメラ構成を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態の変形例２に係る立体
画像表示装置の追従制御を説明する図である。

【図７】本発明の第１の実施形態の変形例２に係る立体
画像表示装置におけるパララックス部材移動機構１４１
及びＣＣＤ移動機構の構成例を示す斜視図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示装
置の構成例を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示装
置におけるパララックス部材移動機構２３２及びレンズ
移動機構２３１の構成例を示す斜視図である。

【図１０】縦レンチキュラー３の移動による観察者の前
後方向の移動に対する追従制御を説明する図である。

【図１１】視点位置により表示制御を行う立体画像表示
装置の例を示す斜視図である。

【図１２】視点位置により表示制御を行う立体画像表示
装置の例を示す斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｅ Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA06 CC16 FF01 FF04 FF17 FF65 GG21 JJ03 JJ26 LL10 LL22 QQ04 QQ29 QQ38 SS11 2H059 AB11 5C061 AA07 AA29 AB03 AB24 5F089 BA02 BB01 CA21 5G435 AA01 BB12 BB15 CC11 DD01 EE26

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パララックス部材を用いて光束を分離
   し、観察者の右目及び左目に独立した画像を視認させる
   ことによって、前記観察者に立体画像を提示する立体画
   像表示装置であって、 前記観察者を撮影する撮像手段と、 前記撮像手段により撮影した前記観察者の画像に基づい
   て前記観察者の視点位置を検出する視点位置検出手段
   と、 前記視点位置検出手段が検出した視点位置に基づき、前
   記パララックス部材の前記観察者に対して左右方向への
   移動及び前記撮像手段の撮影方向変更を同時に行う駆動
   手段とを有することを特徴とする立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記駆動手段が、１つの動力源を用いて
   前記移動及び撮影方向の変更を行うことを特徴とする請
   求項１記載の立体画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記駆動手段が、前記パララックス部材
   のみを移動させるパララックス部材移動手段と、 前記撮像手段の撮影方向のみを変更する撮像移動手段
   と、 前記１つの動力源からの動力を前記パララックス部材移
   動手段及び前記撮像移動手段の両方に伝達するリンク手
   段を有することを特徴とする請求項２記載の立体画像表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段が、前記パララックス部材
   のみを移動させるパララックス部材移動手段と、 前記撮像手段の撮影方向のみを変更する撮像移動手段
   と、 前記１つの動力源からの動力を前記パララックス部材移
   動手段及び前記撮像移動手段の一方に伝達する第１のリ
   ンク手段と、当該一方の移動手段を介して他方の移動手
   段に前記動力を伝達する第２のリンク手段とを有するこ
   とを特徴とする請求項２記載の立体画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記パララックス部材が、入射した光束
   を透過させる透過部と、前記光束を遮断する遮断部とが
   縦横に交互かつ所定間隔で配置されたマスク基板である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項
   に記載の立体画像表示装置。
6. 【請求項６】 パララックス部材を用いて光束を分離
   し、観察者の右目及び左目に独立した画像を視認させる
   ことによって、前記観察者に立体画像を提示する立体画
   像表示装置であって、 前記観察者を撮影する撮像手段であって、外部からの制
   御により前後に移動可能な合焦用レンズを有する撮像手
   段と、 前記合焦用レンズを制御して、前記観察者と前記立体画
   像表示装置との距離を測定する測距手段と、 前記測距手段による前記合焦用レンズの移動制御に連動
   して、前記パララックス部材の前記観察者に対して前後
   方向への移動を行う駆動手段とを有することを特徴とす
   る立体画像表示装置。
7. 【請求項７】 パララックス部材を用いて光束を分離
   し、観察者の右目及び左目に独立した画像を視認させる
   ことによって、前記観察者に立体画像を提示する立体画
   像表示装置であって、 前記観察者を撮影する撮像手段であって、外部からの制
   御により前後に移動可能な合焦用レンズを有する撮像手
   段と、 物体により反射される波動を放射する放射手段と、 前記反射された波動を受信する受信手段と、 前記受信手段で受信した波動を用いて前記観察者と前記
   立体画像表示装置との距離を測定する測距手段と、 前記測距手段により測定された距離に基づいて、前記合
   焦用レンズの移動制御と前記パララックス部材の前記観
   察者に対して前後方向への移動を同時に行う駆動手段と
   を有することを特徴とする立体画像表示装置。
8. 【請求項８】 前記駆動手段が、１つの動力源を用いて
   前記合焦用レンズの移動制御及び前記移動を行うことを
   特徴とする請求項６又は請求項７記載の立体画像表示装
   置。
9. 【請求項９】 前記駆動手段が、前記パララックス部材
   のみを移動させるパララックス部材移動手段と、 前記合焦用レンズのみを移動させる合焦レンズ移動手段
   と、 前記１つの動力源からの動力を前記パララックス部材移
   動手段及び合焦レンズ移動手段の両方に伝達するリンク
   手段を有することを特徴とする請求項８記載の立体画像
   表示装置。
10. 【請求項１０】 前記駆動手段が、前記パララックス部
    材のみを移動させるパララックス部材移動手段と、 前記合焦用レンズのみを移動させる合焦レンズ移動手段
    と、 前記１つの動力源からの動力を前記パララックス部材移
    動手段及び前記合焦レンズ移動手段の一方に伝達する第
    １のリンク手段と、当該一方の移動手段を介して他方の
    移動手段に前記動力を伝達する第２のリンク手段とを有
    することを特徴とする請求項８記載の立体画像表示装
    置。
11. 【請求項１１】 前記パララックス部材が、入射した光
    束を所定の方向に屈折させるシリンドリカルレンズアレ
    イであることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のい
    ずれか１項に記載の立体画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記撮像手段が、動的に画角変更可能
    であるとともに、 前記撮像手段で撮影した画像に占める前記観察者の所定
    部位の割合もしくは所定部位の距離を求める部位比率算
    出手段と、 前記所定部位の割合もしくは距離が所定範囲内に収まる
    よう、前記撮像手段の画角を制御する画角制御手段とを
    更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の
    いずれか１項に記載の立体画像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記部位比率算出手段が、前記観察者
    の頭部が前記画像に占める割合もしくは前記観察者の目
    の間隔を求めることを特徴とする請求項１２記載の立体
    画像表示装置。
14. 【請求項１４】 パララックス部材を用いて光束を分離
    し、観察者の右目及び左目に独立した画像を視認させる
    ことによって、前記観察者に立体画像を提示する立体画
    像表示装置であって、 前記観察者を撮影する撮像手段であって、外部からの制
    御により前後に移動可能な合焦用レンズを有する撮像手
    段と、 前記合焦用レンズを制御して、前記観察者と前記立体画
    像表示装置との距離を測定する測距手段と、 前記撮像手段により撮影した前記観察者の画像に基づい
    て前記観察者の視点位置を検出する視点位置検出手段
    と、 前記視点位置検出手段が検出した視点位置に基づき、前
    記パララックス部材の前記観察者に対して左右方向への
    移動及び前記撮像手段の撮影方向変更を同時に行う第１
    の駆動手段と、 前記測距手段による前記合焦用レンズの移動制御に連動
    して、前記パララックス部材の前記観察者に対して前後
    方向への移動を行う第２の駆動手段とを有することを特
    徴とする立体画像表示装置。
15. 【請求項１５】 パララックス部材を用いて光束を分離
    し、観察者の右目及び左目に独立した画像を視認させる
    ことによって、前記観察者に立体画像を提示する立体画
    像表示装置であって、 前記観察者を撮影する撮像手段であって、外部からの制
    御により前後に移動可能な合焦用レンズを有する撮像手
    段と、 物体により反射される波動を放射する放射手段と、 前記反射された波動を受信する受信手段と、 前記受信手段で受信した波動を用いて前記観察者と前記
    立体画像表示装置との距離を測定する測距手段と、 前記撮像手段により撮影した前記観察者の画像に基づい
    て前記観察者の視点位置を検出する視点位置検出手段
    と、 前記視点位置検出手段が検出した視点位置に基づき、前
    記パララックス部材の前記観察者に対して左右方向への
    移動及び前記撮像手段の撮影方向変更を同時に行う第１
    の駆動手段と、 前記測距手段により測定された距離に基づいて、前記合
    焦用レンズの移動制御と前記パララックス部材の前記観
    察者に対して前後方向への移動を同時に行う第２の駆動
    手段とを有することを特徴とする立体画像表示装置。