JP2002107665A - 立体視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な機械的可動部分を設けることなく、違
和感なく立体視を可能とする。 【解決手段】 本発明の立体視装置は、被写体の奥行き
距離に応じて被写体の輝度を調節した複数の画像である
前方画像１０３及び後方画像１０４と、これらの画像１
０３及び１０４を、光軸１０９上に、各画像の輝度調節
度に応じた位置に結像させる光学的手段１００とを有し
ている。光学的手段１００は、液晶ディスプレイ等の表
示画面に表示される前方画像１０３と、フーリエ変換レ
ンズ１０１及び１０２と、後方画像１０４を表示する液
晶ディスプレイ等の表示画面とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アミューズメン
ト、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バ
ーチャルリアリティ、広告看板などで利用可能な、立体
視を可能にする装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から各種の立体視装置が知られてい
るが、一般に、これらの原理としては、複数の視差画像
を表示し、それらを再構成することにより立体感を得る
ようにしたものである。

【０００３】この視差画像を表示する立体視装置として
は、例えば、図５に示すような２眼式がある。この２眼
式立体装置は、ディスプレイ面４０１に、複数の視差画
像を表示し、観察者４０２からの視線が交差する輻輳位
置４０３に立体物を再現するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
上述した、２眼式では、観察者４０２の両眼それぞれの
焦点位置はディスプレイ面４０１にあるため、これらの
焦点位置と、注視物体のある輻輳位置４０３とは空間的
なずれが生じることから、いわゆる焦点調節と輻輳距離
の不一致から再現される空間に違和感が生じて疲れやす
いという問題がある場合が多かった。

【０００５】これに対し、体積表示型と呼ばれる方式が
ある。この方式は、三次元空間内に文字通り体積表示す
るものであることから、自然な立体視が可能である。し
かしながら、この体積表示方式では、表示面を機械的に
高速で動かす必要があるなど実現が困難であった。

【０００６】本発明は、かかる問題点を鑑みてなされた
ものであり、複雑な機械的可動部分を設けることなく、
違和感なく立体視を可能とする立体視装置の堤供を課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく請
求項１に係る発明は、画像内における被写体の奥行き距
離に応じて該被写体の輝度を調節した複数の画像と、該
複数の画像の少なくとも一つを同一光軸上に各画像の輝
度調節度に応じた位置に結像させる光学的手段とを有す
ることを特徴とする立体視装置である。

【０００８】この発明によれば、観察者は、注視しよう
とする被写体の輝度に応じた距離感を得るため、被写体
の奥行き距離に応じて輝度を調節した複数の画像を同一
光軸上に前後させて配置することにより、立体視を実現
することができる。

【０００９】例えば、被写体の奥行き距離に応じて輝度
を調節した画像Ａ及び画像Ｂを、画像Ａが手前に結像す
るように、且つ画像Ｂが画像Ａよりも奥で結像するよう
に同一光軸上に配置した場合、画像Ａの輝度を上げたと
きには、その光学的実像が観察者に近い位置に飛び出し
て見える。逆に画像Ｂの輝度を上げたときには画像Ｂが
画像Ａよりも奥に見えることになる。

【００１０】なお、前後２面の画像の輝度比を変化させ
て連続的な奥行きを得る方法は例えば、３次元画像コン
ファレンス ２０００ 講演論文集 ９９頁（高田英明
ら、ＮＴＴサイバースペース研究所）に述べられてい
る。

【００１１】請求項２に係る発明は、近くに写っている
被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて明るくし、
且つ遠くに写っている被写体の輝度をその奥行き距離に
比例させて暗くした一又は複数の前方画像と、遠くに写
っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて明
るくし、且つ近くに写っている被写体の輝度をその奥行
き距離に比例させて暗くした後方画像と、前記前方画像
を同一光軸上に結像させる光学的手段とを有し、前記後
方画像は前記光軸上に配置され、前記前方画像は、観察
者に対して該後方画像よりも手前に結像され、その結像
は、前記後方画像に撮像されている同一被写体の輝度差
に比例した距離に位置されていることを特徴とする立体
視装置である。

【００１２】ここで、「奥行き距離に比例」とは、例え
ば、画像内に写っている被写体のうち最も手前に写って
いるものと、最も奥に写っているものとの実際の距離を
Ｌとし、最も手前に写っているものと、最も奥に写って
いるものとの輝度差を１００％とし、最も奥に写ってい
る被写体から任意の位置までの距離をlnとした場合、任
意位置にある被写体の、最も奥に写っている被写体に対
する輝度差は、１００×ln／Ｌ（％）となる。

【００１３】この場合において「輝度差に比例した距
離」とは、後方画像と、最も手前にある前方画像の結像
位置との距離をｆとした場合、これらの画像の間にある
前方画像の結像位置は、後方画像からの距離をfnとする
と、fn＝ｆ×ln／Ｌ となる。なお、前方画像が１枚の
ときは、ln＝Ｌとなり、fn＝ｆとなる。

【００１４】このような請求項２に係る発明によれば、
前方画像及び後方画像は、同一被写体の輝度差に比例し
た位置に結像されていることから、観察者は、注視しよ
うとする被写体が撮像されている画像のうち、輝度の高
い画像の結像位置に目の焦点を合わせることにより距離
感を得ることができる。

【００１５】特に、本発明では、これらの後方画像と、
前方画像の結像とは同一光軸上に位置するため、被写体
に対する焦点位置と、被写体の輻輳位置との間にズレが
生じることがなく、違和感を生じることなく立体視を得
ることができる。

【００１６】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は２に記載の立体視装置において、前記各画像を形成す
る単位画素毎に前記光学的手段を設けたことを特徴とす
る立体視装置である。

【００１７】このような請求項３に係る発明によれば、
例えば、被写体の奥行き距離に応じて輝度を調節した複
数の画像を、多数の単位画素に分割し、手前にある単位
画素Ａと、奥にある単位画素Ｂの光学的実像Ｃあるいは
虚像Ｃ’とを同一光軸上に配置し、単位画素Ａと単位画
素Ｂとの輝度比を変化させることによって、立体視を得
ることができる。

【００１８】このような構成でも単位画素Ａの輝度を上
げたときには、これらの単位画素Ａによって形成される
光学的実像が観察者に近い位置に飛び出して見える。逆
に単位画素Ｂの輝度を上げたときには、これらの単位画
素Ｂによって形成される画像が単位画素Ａによって形成
される画像よりも奥に見えることになる。この場合、単
位画素Ａと単位画素Ｂの輝度が同程度の時には単位画素
Ｂと単位画素Ａの実像との中間位置に融合した要素画が
見えるといった特徴もある。

【００１９】なお、前後二枚の画像の輝度比を変化させ
ることで連続的な奥行きが感じられることは例えば「３
次元画像コンファレンス２０００」講演論文集p99〜p10
2に報告されている。

【００２０】請求項４に係る発明は、多数の発光体を平
面状に配列させてなる後方表示画面と、前記後方表示画
面から垂直に所定距離突出される多数の突出部と、該突
出部の各先端に設けられた発光体により平面状に形成さ
れる前方表示画面とから構成されることを特徴とする立
体視装置である。

【００２１】このような請求項４に係る発明によれば、
装置正面から観察することにより、後方表示画面と前方
表示画面とが重ね合わされて見えるとともに、これらの
画面は、突出部の高さ分だけ、所定距離、画面垂直方向
に前後して位置されるため、両画面に所定の処理を行っ
た画像を表示することにより立体視を実現することがで
きる。

【００２２】なお、上記突出部としては例えばグラスフ
ァイバー等の透明な素材を用い、後方表示画面からの光
を突出部が遮ることを防止することが好ましい。

【００２３】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
立体視装置において、前記前方表示画面には、近くに写
っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて明
るくし、且つ遠くに写っている被写体の輝度をその奥行
き距離に比例させて暗くした前方画像を表示させ、前記
後方表示画面には、遠くに写っている被写体の輝度をそ
の奥行き距離に比例させて明るくし、且つ近くに写って
いる被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて暗くし
た後方画像を表示させることを特徴とする立体視装置で
ある。

【００２４】このような請求項５に係る発明によれば、
観察者は、注視しようとする被写体が撮像されている前
方表示画面又は後方表示画面のうち、輝度の高い画像が
表示されている画面に目の焦点を合わせることにより距
離感を得ることができる。

【００２５】すなわち、例えばＬＥＤ等の発光体で前方
画像及び後方画像の単位画素を表示させれば、突出部に
より、前方画像と後方画像とは突出部の高さ分だけ前後
して位置されることとなり、両画像間で、同一被写体の
輝度比を変化させる。

【００２６】これにより、前方画像の輝度を上げたとき
には観察者に近い位置に発光体からの光が見えることと
なり、逆に後方画像の輝度を上げたときには奥に位置す
る発光体からの光が見えることとなり、さらには、前後
に位置する発光体の輝度比を変化させることにより両者
の中間位置に融合した画像が見えることとなり、このよ
うな簡単な構成であっても、立体視を実現することがで
きる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００２８】［第１の実施形態］ （立体視装置の構成）図１は、本発明の第１の実施形態
に係わる立体視装置の構造を示す図であり、図２（ａ）
及び（ｂ）は、後述する前方画像１０３及び後方画像１
０４の説明図である。

【００２９】図１に示すように、本実施形態に係る立体
視装置は、被写体の奥行き距離に応じて被写体の輝度を
調節した複数の画像である前方画像１０３及び後方画像
１０４と、これらの画像１０３を、光軸１０９上に、各
画像の輝度調節度に応じた位置に結像させる光学的手段
１００とを有している。

【００３０】光学的手段１００は、液晶ディスプレイ等
の表示画面に表示される前方画像１０３と、フーリエ変
換レンズ１０１及び結像レンズ１０２と、後方画像１０
４を表示する液晶ディスプレイ等の表示画面とから構成
されている。この光学的手段１００では、前方画像１０
３、フーリエ変換レンズ１０１、後方画像１０４，結像
レンズ１０２の順で、光軸１０９上に配置されている。

【００３１】フーリエ変換レンズ１０１及び結像レンズ
１０２は、ディスプレイに表示された前方画像１０３の
結像１０５を、観察者１０６からみて後方画像１０４よ
りも手前に位置させるものであり、前方画像１０３から
射出された光は、フーリエ変換レンズ１０１で屈折さ
れ、後方画像１０４を迂回した後、結像レンズ１０２に
より集光され、結像位置１０５において結像される。

【００３２】前方画像１０３は、図２（ａ）及び（ｂ）
に示すように、近くに写っている被写体１０７（球体）
の輝度をその奥行き距離に比例させて明るくし、且つ遠
くに写っている被写体１０８（四角錐）の輝度をその奥
行き距離に比例させて暗くした画像である。

【００３３】また、後方画像１０４は、図２に示すよう
に、遠くに写っている被写体１０８の輝度をその奥行き
距離に比例させて明るくし、且つ近くに写っている被写
体１０７の輝度をその奥行き距離に比例させて暗くした
画像である。

【００３４】そして本実施形態では、後方画像１０４は
光軸１０９上に配置され、前方画像１０３は、観察者の
目１０６から見て、後方画像１０４よりも手前に結像さ
れ、その結像は、後方画像１０４に撮像されている同一
被写体１０７又は１０８の輝度差に比例した距離に位置
されている。

【００３５】（立体視装置による作用・効果）上述した
構成を有する本実施形態に係る立体視装置によれば、観
察者１０６は、注視しようとする被写体１０７又は１０
８の輝度に応じた距離感を得るため、被写体１０７及び
１０８の奥行き距離に応じてその輝度を調節した前方画
像１０３及び後方画像１０４を光軸１０９上に前後させ
て配置することにより、立体視を実現することができ
る。

【００３６】すなわち、観察者１０６は、注視しようと
する被写体１０７又は１０８が撮像されている画像１０
３，１０４のうち、輝度の高い被写体が写っている画像
の結像位置に目の焦点を合わせることにより距離感を得
るため、前方画像１０３において輝度が高くなっている
被写体１０７を注視しようとするときには、前方画像１
０３の光学的実像が観察者１０６に近い位置に飛び出し
て見える。逆に、奥に写っている被写体１０８を注視す
るときには、後方画像１０４において輝度が高くなって
いる被写体１０８が、前方画像１０３において輝度が高
くなっている被写体１０７よりも奥に見えることにな
る。

【００３７】特に、本実施形態では、これらの後方画像
１０４と、前方画像１０３の結像とは同一光軸１０９上
に位置するため、被写体１０７又は１０８に対する焦点
位置と、被写体１０７又は１０８の輻輳位置との間にズ
レが生じることがなく、違和感を生じることなく立体視
を得ることができる。

【００３８】［第２の実施形態］図３は、本発明の第２
の実施形態に係わる立体視装置の構造を示す図である。
本実施形態では、上述した第１実施形態における各画像
（前方画像１０３及び後方画像１０４）を形成する単位
画素毎に光学的手段２００を設けたことを特徴とする。

【００３９】図３に示すように、本実施形態に係る立体
視装置は、上述した前方画像１０３を単位画素に分割し
た要素画２０３と、上述した後方画像１０４を単位画素
に分割した要素画２０４と、これらの各要素画２０３及
び２０４にそれぞれ対応させて設けられた光学的手段２
００とから構成されている。

【００４０】各光学的手段２００は各要素画に対応して
アレイ状に配置されるものであり、それぞれ上述した第
１実施形態と同様に、要素画２０３、フーリエ変換レン
ズ２０１、要素画２０４，結像レンズ２０２の順で、光
軸２０９上に配置されている。

【００４１】要素画２０３は、第１実施形態と同様に、
近くに写っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例
させて明るくし、且つ遠くに写っている被写体の輝度を
その奥行き距離に比例させて暗くした前方画像を、単位
画素に分割した一つである。また、要素画２０４は、遠
くに写っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例さ
せて明るくし、且つ近くに写っている被写体の輝度をそ
の奥行き距離に比例させて暗くした後方画像を単位画素
に分割した一つである。

【００４２】本実施形態においては、これらの要素画２
０３及び２０４の表示手段として、小型の液晶ディスプ
レイや、複数種のＬＥＤ（例えば光の三原色に対応した
３種類のＬＥＤ）など光量及び色光を調節できる発光体
等が用いられている。

【００４３】フーリエ変換レンズ２０１及び結像レンズ
２０２は、ディスプレイに表示された要素画２０３の結
像を、観察者２０６からみて要素画２０４よりも手前の
結像位置２０５に位置させるものであり、要素画２０３
から射出された光は、フーリエ変換レンズ２０１で屈折
され、要素画２０４を迂回した後、結像レンズ２０２に
より集光され、結像位置２０５において結像される。

【００４４】このような構成の本実施形態に係る立体視
装置によれば、観察者２０６は、注視しようとする被写
体の輝度に応じた距離感を得るため、被写体の奥行き距
離に応じてその輝度を調節した要素画２０３及び２０４
を各光軸２０９上に前後させて配置することにより、立
体視を実現することができる。

【００４５】［第３の実施形態］図３は、本発明の第３
の実施形態に係わる立体視装置の構造を示す側面図であ
る。

【００４６】同図に示すように、本実施形態に係る立体
視装置は、多数の発光体３０２を平面状に配列させてな
る後方表示画面３０５と、後方表示画面３０５から垂直
に所定距離突出される多数の突出部３０３と、突出部３
０３の各先端に設けられた発光体３０４により形成され
る平面状の前方表示画面３０６とから構成される。

【００４７】突出部３０３は、基板３０１上に垂直に突
出される支持部材であり、その端部において実装基板３
０１上に固定されているとともに、他端先端部に発光体
３０４が取付けられている。この突出部３０３は、本実
施形態では、プラスチック等の材料で形成された不透明
の部材を用いるが、例えば、透明なプラスチックやグラ
スファイバーで形成することもできる。

【００４８】また、上記発光体３０２や３０４は、アレ
イ状に配置される発光体であり、本実施形態では、ＬＥ
Ｄ等の光量及び色光を調節できるものが用いられ、図示
しない電気的回路によりその前後に配置された発光体３
０２と３０４との輝度比が調節される。なお、上述した
ように、突出部３０３を透明なプラスチックやグラスフ
ァイバーで形成した場合には、発光体３０４を突出部３
０３と一体形成することもできる。

【００４９】前方表示画面３０６には、近くに写ってい
る被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて明るく
し、且つ遠くに写っている被写体の輝度をその奥行き距
離に比例させて暗くした前方画像が表示される。すなわ
ち、発光体３０４は、前方画像を単位画素に分割した一
つを表示し、発光体３０４が集合することによって、前
方画像を構成する。

【００５０】後方表示画面３０５には、遠くに写ってい
る被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて明るく
し、且つ近くに写っている被写体の輝度をその奥行き距
離に比例させて暗くした後方画像が表示される。すなわ
ち、発光体３０２は、後方画像を単位画素に分割した一
つを表示し、発光体３０２が集合することによって後方
画像を構成する。

【００５１】このような構成を有する立体視装置では、
突出部３０３を設けることにより凹部と凸部を形成され
る。詳述すると、凹部底面には後方表示画面３０５が形
成され、凸部先端部分には前方表示画面３０６が形成さ
れる。前方表示画面３０６の輝度を上げたときには観察
者３０７に近い位置に前方表示画面３０６からの光が観
測され、逆に後方表示画面３０５の輝度を上げたときに
は、前方表示画面３０６の発光体３０４より奥に、発光
体３０２からの光が観測され、さらに、２次元的に前方
表示画面３０６と後方表示画面３０５の発光体３０２及
び３０４の輝度比を変化させることにより両者の中間位
置に融合した画像が観測される。

【００５２】従って、本実施形態に係る立体視装置によ
れば、装置正面から観察することにより、後方表示画面
３０５と前方表示画面３０６とが重ね合わされて見える
とともに、これらの画面は、突出部３０３の高さ分だ
け、所定距離、画面垂直方向に前後して位置されるた
め、注視しようとする被写体が撮像されている前方表示
画面３０６又は後方表示画面３０５のうち、輝度の高い
画像が表示されている画面に目の焦点を合わせることに
より距離感を得ることができる。

【００５３】［変更例］なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。例えば前方画像の光学
的実像あるいは虚像を形成する手段は凹面鏡を使用して
もよく、その他の構成も仕様に応じて適宜変更可能であ
る。

【００５４】また、上記各実施形態では、前方画像を一
つとしたが、光学的手段を複数段に構築し、複数枚の前
方画像を生成するようにしてもよい。この場合において
も、各前方画像は、同一光軸上に結像するようにし、各
前方画像に撮像された被写体の輝度を、その前方画像の
結像位置に対応させて調節する。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、複
雑な機械的可動部分を設けることなく、違和感なく立体
視を可能とすることができる。このため、従来得られな
かった高性能の立体視装置を実現することができ、その
結果、自然な立体視が可能な装置を低コストで得られ
る。また、その信頼性も高く、本発明の有用性は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる立体視装置の構造を示
す断面図である。

【図２】第１の実施形態に係わる立体視装置における前
方画像及び後方画像の説明図である。（ａ）は、前方画
像及び後方画像の正面図であり、（ｂ）は、これらの画
像に撮像された被写体の位置関係を示す説明図である。

【図３】第２の実施形態に係わる立体視装置の構造を示
す断面図である。

【図４】第３の実施形態に係わる立体視装置の構造を示
す側面図である。

【図５】従来の立体視装置を模式的に示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０１・・・フーリエ変換レンズ １０２・・・結像レンズ １０３・・・前方画像 １０４・・・後方画像 １０５・・・前方画像の結像位置 １０６・・・観察者 ２０１・・・フーリエ変換レンズ ２０２・・・結像レンズ ２０３・・・要素画 ２０４・・・要素画 ２０５・・・要素画の結像位置 ３０１・・・実装基板 ３０２・・・発光体 ３０３・・・突出部 ３０４・・・発光体 ３０５・・・後方表示画面 ３０６・・・前方表示画面 ３０７・・・観察者 ４０１・・・ディスプレイ面 ４０２・・・観察者 ４０３・・・輻輳位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C001 BC00 BC06 BC08 CC00 CC01 CC03 CC06 5B050 AA10 BA09 EA07 EA14 EA26 FA06 GA04 5C061 AA06 AA20 AA21 AB14 AB17 5G435 AA00 BB04 BB12 CC11 LL00 LL07 LL19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像内における被写体の奥行き距離に応
   じて、該被写体の輝度を調節した複数の画像と、 前記複数の画像のうち少なくとも１つを、同一光軸上
   に、各画像の輝度調節度に応じた位置に結像させる光学
   的手段とを有することを特徴とする立体視装置。
2. 【請求項２】 近くに写っている被写体の輝度をその奥
   行き距離に比例させて明るくし、且つ遠くに写っている
   被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて暗くした一
   又は複数の前方画像と、 遠くに写っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例
   させて明るくし、且つ近くに写っている被写体の輝度を
   その奥行き距離に比例させて暗くした後方画像と、 前記前方画像を同一光軸上に結像させる光学的手段とを
   有し、 前記後方画像は前記光軸上に配置され、前記前方画像
   は、観察者に対して該後方画像よりも手前に結像され、
   その結像は、前記後方画像に撮像されている同一被写体
   の輝度差に比例した距離に位置されていることを特徴と
   する立体視装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の立体視装置にお
   いて、 前記各画像を形成する単位画素毎に前記光学的手段を設
   けたことを特徴とする立体視装置。
4. 【請求項４】 多数の発光体を平面状に配列させてなる
   後方表示画面と、 前記後方表示画面から垂直に所定距離突出される多数の
   突出部と、 該突出部の各先端に設けられた発光体により平面状に形
   成される前方表示画面とから構成されることを特徴とす
   る立体視装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の立体視装置において、 前記前方表示画面には、近くに写っている被写体の輝度
   をその奥行き距離に比例させて明るくし、且つ遠くに写
   っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて暗
   くした前方画像を表示させ、 前記後方表示画面には、遠くに写っている被写体の輝度
   をその奥行き距離に比例させて明るくし、且つ近くに写
   っている被写体の輝度をその奥行き距離に比例させて暗
   くした後方画像を表示させることを特徴とする立体視装
   置。