JP2006201517A - 立体表示装置及び立体表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体表示装置において、両眼視差を利用していない分、奥行きの違いを視認させる表現力が不十分であり、また観察者と装置本体との間の距離が変わると正常に視認できなくなる。
【解決手段】 二次元画像を表示する画像表示面２０ａを備えた表示部２０と、表示部２０の画像表示面２０ａから離間配置され、画像表示面２０ａから出射する光を結像させて立体的二次元画像を空間に表示する画像伝達パネル３０とを備えた立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂを備えた立体表示装置であって、観察者との間の距離を計測するための赤外線センサ１２と、赤外線センサ１２を用いて距離計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａの画像伝達パネル３０に垂直な軸と立体的二次元画像表示装置１０Ｂの画像伝達パネル３０に垂直な軸との間の角度を調整する角度調整手段７０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次元画像を空間に浮き出させて結像させることにより、奥行き感を持たせた立体的二次元画像を表示させる立体表示装置及び立体表示方法に関する。

画像表示装置は、家庭用のテレビをはじめ、アミューズメント分野のゲーム機器、訓練分野のフライトシミュレータ、医療分野の手術支援システム、建築分野の景観シミュレーション、携帯電話の表示部等種々の分野で用いられている。近年、これらの分野で用いられる画像表示装置では、アミューズメント性や視認性を向上させるため、高臨場感の得られる立体表示技術の開発が試みられている。立体表示装置は、視差情報を用いたものと、奥行き情報を用いたものに大別することができる。視差情報を用いたものは、さらに、偏光メガネを用いるものと、用いないものとに分けることができる。

例えば、視差情報方式で偏光メガネを用いないものには、レンチキュラーレンズ法があり、一画面に複数画面を潜像させ、一定幅の半円柱型レンズを水平方向につなぎ合わせた透過スクリーンを通して複数画面を見ることで、立体表現や動画表現を可能とする。具体的には、目視者の両目に対応した左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、レンチキュラーレンズ法は、一画面に複数の画面を潜像させるため、コンピュータ画像処理、レンチキュラーレンズ設計、レンズと画像との正確な組み合わせ作業が必要であり、高価になる傾向がある。また、奥行き情報を用いたものには三次元座標情報を全て表示する方式や、回折の効果により物体の反射光を完全に再現する電子ホログラフィシステムもあるが、情報量が多量となる。

これに対し、二次元画像をマイクロレンズアレイによって浮き出させて結像することで、簡単な構成で、あたかも立体画像が映し出されているように表示できる立体的二次元画像表示装置が提案されている。この立体的二次元画像表示装置は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面に表示する表示部と、画像表示面に離間して配置され、複数のレンズからなるマイクロレンズアレイとからなり、表示部とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像（結像）の結像面を生成する。この立体的二次元画像表示装置によれば、非常に簡単な構成で、しかも、格段に少ない情報量で臨場感を得ることができた。

特開平１０−２２１６４４号公報

しかしながら、上記した従来の立体的二次元画像表示装置は、簡易に二次元画像を立体的に表示できるものの、一般的に人間が物体を立体視するための主要な生理的要因である両眼視差を利用するものではなく、奥行きの違いを視認させる表現力が不十分となり、
立体的二次元画像のより自然な表示に限界があり、十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが困難である問題があった。

本発明が解決しようとする課題としては、両眼視差を利用していない分、奥行きの違いを視認させる表現力が不十分であるという問題が一例として挙げられる。

請求項１記載の立体表示装置は、二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記表示部の画像表示面から離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて立体的二次元画像を空間に表示する画像伝達パネルとを備えた立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えた立体表示装置であって、観察者と当該立体表示装置との間の距離を計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて、少なくとも２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行う角度調整手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１１記載の立体表示方法は、表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、前記表示部の画像表示面から離間配置した画像伝達パネルによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えて立体表示する立体表示方法であって、観察者と当該立体表示装置との間の距離を計測し、その計測結果に基づいて、少なくとも２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする。

以下、本発明に係る立体表示装置及び立体表示方法の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る立体表示装置の概略構成を表す図、図２は図１の立体表示装置の平面図、図３は図１の立体表示装置の斜視図である。

本実施の形態による立体表示装置１００は、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂと、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々を回動自在に支持するとともに連動駆動して、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度を変える回転装置１１（図２及び図３参照）と、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂから観察者までの距離を計測するために用いられる赤外線センサ１２（図２及び図３参照）と、立体的二次元画像表示装置１０Ａと１０Ｂとがなす角度を検出する角度センサ１３（図２参照）と、赤外線センサ１２を用いて計測した距離と角度センサ１３を用いて検出した立体的二次元画像表示装置１０Ａと１０Ｂとがなす角度を基に回転装置１１を制御して、立体的二次元画像表示装置１０Ａの画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxisと立体的二次元画像表示装置１０Ｂの画像伝達パネル３０に垂直な軸Ｂaxisとの角度である挟角α（図１参照）を調整する制御装置１４（図２参照）とを備えている。上記回転装置１１、角度センサ１３及び制御装置１４は角度調整手段７０を構成する。

なお、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂは同一のものであることから、それぞれの各部には同じ符号を付けている。以下、立体的二次元画像表示装置１０Ａについて説明する。

立体的二次元画像表示装置１０Ａは、二次元画像を表示する画像表示面２０ａを備えた表示部２０と、画像表示面２０ａから離間配置され画像表示面２０ａから出射する光を結像させて立体的二次元画像５０Ａを空間６０に表示する画像伝達パネル３０とを主要な構成部材として具備している。

立体表示装置１００は、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ及び１０Ｂを備えたことによって、両眼視差による奥行きの違いを視認させる表現力の向上を可能とし、さらに、赤外線センサ１２と、角度センサ１３と、回転装置１１と、赤外線センサ１２及び角度センサ１３の各出力に基づいて回転装置１１を制御する制御装置１４とを備えたことによって、立体的二次元画像表示装置１０Ａの画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxisと立体的二次元画像表示装置１０Ｂの画像伝達パネル３０に垂直な軸Ｂaxisとの挟角αを調整して、観察者が装置本体に対して前後に移動しても観察者の右眼と左眼に正しく画像の光が入射するようにしている。この場合、立体的二次元画像表示装置１０Ａによる立体的二次元画像５０Ａの結像位置と立体的二次元画像表示装置１０Ｂの結像位置は夫々固定されるので、各結像位置を結像基準点とすると、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxisは夫々の結像基準点を通過することになる。そして、観察者の装置本体に対する位置に応じて軸Ａaxisと軸Ｂaxisとの挟角αを調整することで、確実に観察者の右眼と左眼に正しく画像の光を入射させることが可能となる。

表示部２０は、例えばその一例として、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を用いることができ、フラットな画像表示面２０ａと、図示しないバックライト照明部及びカラー液晶駆動回路等を備える。また、表示部２０は、上記カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）以外にも、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどを用いることができる。カラー液晶駆動回路は、後述の映像信号入力部１４１（図５参照）に入力された映像信号に基づき、ＬＣＤへ表示駆動信号を出力し、奥行き感を持つ立体的な二次元画像を画像表示面２０ａに表示させる。

図４は図１に示した画像伝達パネル３０の拡大図である。
画像伝達パネル３０は、２次元状に配列された複数のマイクロ凸レンズ３１からなるマイクロレンズアレイ３２を含む。マイクロレンズアレイ３２は、例えば二枚のレンズアレイ半体３２ａ、３２ｂを一体化させてなる。各レンズアレイ半体３２ａ、３２ｂは、それぞれ透光性に優れたガラス又は樹脂からなる透明基板の両面に、複数のマイクロ凸レンズ３１をアレイ状に配置して当該面上にレンズアレイ面を構成したものである。

一面に形成された各マイクロ凸レンズ３１ａの光軸は、対向する位置に形成された他面のマイクロ凸レンズ３１ｂの光軸と同一となるように調整されており、また各レンズアレイ半体３２ａ、３２ｂ間で隣り合うマイクロ凸レンズ３１ｂ、３１ａ同士の光軸も同一となるように重ね合わされている。なお、本明細書では、二枚のレンズアレイ半体３２ａ、３２ｂの各々の面（合計四面）の何れの面にもレンズアレイ面が構成されたマイクロレンズアレイ３２を利用した実施例を記載するが、マイクロレンズアレイ３２の構成としてはこれに限られるものではない。

マイクロレンズアレイ３２は、表示部２０の画像表示面２０ａに対して所定距離（マイクロレンズアレイ３２の作動距離）だけ離れた位置に配置されている。このマイクロレンズアレイ３２は、表示部２０の画像表示面２０ａから出射した画像に対応する光を画像表示面２０ａと反対側の所定距離だけ離れた空間６０（図１参照）に結像させることにより、画像表示面２０ａに表示された画像を、空間上の二次元平面である結像面２１Ａに表示する。この結像された画像は二次元画像であるが、その画像が奥行き感を持つものである場合やディスプレイ上の背景画像が黒くコントラストが強調されているような場合には、空間上に浮いて表示されることから、正面の観察者からは、あたかも立体画像が映し出されているように見える。つまり、結像面２１Ａに表示される二次元画像は、擬似的な立体画像、すなわち、上述した立体的二次元画像５０Ａとして観察者に認識される。

この立体的二次元画像５０Ａは、マイクロレンズアレイ３２の作動距離に応じて定義される空間上の一平面である。立体表示装置１００では、筐体４０（図２又は図３参照）の前面に、その結像面に表示される立体的二次元画像５０Ａを正面方向から見ることができるように開口が設けられる。

マイクロレンズアレイ３２は、表示部２０から入射された画像に対応する光をレンズアレイ半体３２ａ、３２ｂから入射させ、内部で一回反転させた後、レンズアレイ半体３２ａ、３２ｂから出射させることが望ましい。これにより、マイクロレンズアレイ３２は、表示部２０に表示された二次元画像を結像面２１Ａ上に正立の立体的二次元画像５０Ａとして表示することができる。

なお、マイクロレンズアレイ３２は、レンズアレイ半体３２ａ、３２ｂを二枚一組で一体化するものに限らず、一枚で構成してもよく、また二枚以上の複数枚で構成してもよい。但し、このような一枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合、或いは三枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合においても、入射させた光を内部で一回反転させた後、出射させるようにして、正立の立体的二次元画像５０Ａとして表示させる。

赤外線センサ１２（図２参照）は、例えば、人間や物体に当たって戻ってくる赤外線を検出するもので、検出した赤外線の往復距離（往復時間）に応じた信号を出力する。角度センサ１３は、角度を検出するもので、ポテンショメータ、ロータリーエンコーダなどが用いられる。制御装置１４は、赤外線センサ１２が検出した装置本体から観察者までの間の距離と角度センサ１３が検出した立体的二次元画像表示装置１０Ａと１０Ｂとがなす角度とを基に回転装置１１を制御して、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する。

なお、装置本体から観察者までの間の距離の計測は、赤外線を利用して計測する以外に、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)などの撮像素子を用いた二次元カメラで観察者を撮影して画像認識する方法や、複数の二次元カメラを平行に配置し、各カメラで撮影した画像から深度方向を求める方法などがあるが、物体間の距離を計測できるものであれば、どのようなものを用いても構わない。

図５は制御装置１４の概略構成を示すブロック図である。
制御装置１４は、外部からの映像信号を取り込む映像信号入力部１４１と、映像信号入力部１４１にて取り込まれた映像信号に基づく表示を、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の表示部２０にさせる制御を行い、また各表示部２０のバックライトを点灯させるための電源の供給を行う表示制御部１４２と、赤外線センサ１２と角度センサ１３の夫々から出力される信号を取り込み、演算・変換を行って必要な情報を出力する信号入力部１４３と、回転装置１１を動作させる駆動部１４４と、装置各部を制御するＣＰＵ(中央処理装置)１４５と、ＣＰＵ１４５を動作させるためのプログラムが格納されたＲＯＭ(Read Only Memory)等のプログラムメモリ１４６と、ＣＰＵ１４５の動作において使用されるＲＡＭ(Random Access Memory)等のワークメモリ１４７とを備えている。前記した各部はバス（データバス、コントロールバス）１４８にて接続されている。

次に、上記の構成を有する立体表示装置１００の作用を説明する。
図６は、本実施の形態の立体表示装置１００において表示される映像例を表した説明図である。
この実施の形態の立体表示装置１００では、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂによって左視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂが結像面２１Ａ、２１Ｂに立体的二次元画像として描写される。したがって、表示対象物６５の左側から見た左視点画像５０Ａと右側から見た右視点画像５０Ｂを、観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに見せることで、観察者の脳内で処理が行われて奥行き感のある一つの画像が合成されることになる。この際、本実施の形態による立体表示装置１００では、左視点画像５０Ａが結像面２１Ａに、右視点画像５０Ｂが結像面２１Ｂに夫々描写される立体的二次元画像として目視されることになる。

ところで、図６では、立体的二次元画像表示装置１０Ａによる結像面２１Ａと立体的二次元画像表示装置１０Ｂによる結像面２１Ｂが重なったときの各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αで、ちょうど観察者の両眼に左視点画像５０Ａと右視点画像５０Ｂ夫々の光線が正しく入射している状態にあり、観察者は、表示対象物６５を奥行き感のある一つの画像として認識している。なお、このときの装置本体から観察者までの間の距離をＬ１とする。

しかしながら、観察者が現在の位置から装置本体側に近づいた場合、あるいは離れた場合には、左視点画像５０Ａ及び右視点画像５０Ｂの光線が、観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに入らなくなってしまい、表示対象物６５を奥行き感のある一つの画像として認識できなくなってしまう。図７は、図６の状態から観察者が装置本体に近づいた場合の一例であり（装置本体と観察者との距離がＬ２（Ｌ２＜Ｌ１））、観察者の左眼ＥＬの中心が左視点画像５０Ａの光線の中心からずれており、また観察者の右眼ＥＲの中心が右視点画像５０Ｂの光線の中心からずれていて、観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに正常な状態で入らなくなっていることが分かる。このようなことは、観察者が現在の位置から装置本体から離れた場合も同様に起こる。

このような状況に対し、本実施の形態による立体表示装置１００では、ＣＰＵ１４５が赤外線センサ１２を用いて装置本体から観察者までの距離を計測し、また角度センサ１３で現在の立体的二次元画像表示装置１０Ａと１０Ｂとがなす角度を検出して、左視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂの光線が観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに正常に入射するように回転装置１１を動作させて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する。この場合、観察者が装置本体に近づくと狭角αを大きくし、観察者が装置本体から離れると狭角αを小さくする。この制御を連続して行い、スムーズな調整を可能としている。すなわち、観察者が装置本体に近づくに従って狭角αが大きくなるように調整し、装置本体から離れるに従って狭角αが小さくなるように調整する。これにより、観察者が装置本体に近づいたり、離れたりしても、常に左右の視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂの光線が観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射することになる。

なお、本実施の形態による立体表示装置１００は、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂを持つものであるが、立体的二次元画像表示装置を２つ以上持たせることも可能である。特に、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αの調整は、観察者と対面する少なくとも２つの立体的二次元画像表示装置について行えば良い。なお、立体的二次元画像表示装置が２つ以上になる場合として、例えば、立体的二次元画像表示装置が３つ（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ）あって、そのうちの２つ（例えば、ＡとＢ、ＢとＣ）を１組とする立体的二次元画像表示装置夫々における狭角αを連動して調整するようにすれば良い。立体的二次元画像表示装置が４つ以上も同様である。

また、立体的二次元画像表示装置を２つ以上持つことで、観察者の横方向の動きにも対応可能となる。この場合、観察者の横方向の動きを１個の赤外線センサ１２で検出できなければ、装置本体の幅方向に複数個配置すれば良い。

また、上記実施の形態による立体表示装置１００においては、観察者の両眼間隔の個人差を吸収することを考慮していなかったが、観察者の両眼の間隔を検出して、両眼の間隔と観察者の距離から狭角αを調整するようにしてもよい。この場合、観察者の両眼の間隔を検出する両眼間隔検出手段として、例えば特開平４−２４５０３（特許２５４１６８８）号公報で開示されている方法を使用し、この手段で検出された観察者の両眼の間隔と観察者の距離から狭角αの調整を行う。このようにすることにより、観察者の両眼間隔の個人差を吸収することができ、より正確な角度調整が可能となる。

また、別な方法として、例えば、基準の観察距離で観察者が立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂによる結像を見たときに、狭角αが最適な角度となるように観察者が自ら調整を行い、そのときの値をキー入力部等の入力手段を用いて観察者が入力し、そこからキャリブレーションし、個人差を調整する。例えば、観察距離Ｌａの時の最適角度がα１とすると、そこから観察者個人に合わせた最適な関係を導き出すことは可能である。または、もう一箇所の観察距離Ｌｂの最適角度がα２とすると、その２点の調整結果からより最適な関係を導き出すことも可能である。この方法では、両眼間隔検出手段を使用しないので、低コスト化が図れる。

また、上記実施の形態による立体表示装置１００においては、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂを連動して動作させるようにしたが、必ずしも連動して動作させる必要はなく、それぞれ単独に動作させるようにしても良い。

次に、本発明に係る立体表示装置の他の実施の形態１を説明する。
図８は本発明の他の実施の形態１に係る立体表示装置の概略構成図である。なお、以下の説明において、図２、図５に示した部材・部位と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
この実施の形態による立体表示装置２００は、観察者の装置本体に対する距離の違い応じて各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する機構が上記立体表示装置１００と異なる。すなわち、この実施の形態による立体表示装置２００は、各画像伝達パネル３０そのものを回転させるようにしており、それを実現するため、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０を回動自在に支持すると共に回転する方向に動かす回転装置８０と、各画像伝達パネル３０の回転角を検出する角度センサ８２とが設けられている。

回転装置８０は、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０を回転させるモータを備えたギア機構部８１を備えている。なお、回転装置８０、角度センサ８２及び制御装置１４は角度調整手段７１を構成する。

また、この実施の形態による立体表示装置２００の制御装置１４のプログラムメモリ１４６（図５参照）には、画像伝達パネル３０を動かすためのプログラムが設けられている。ＣＰＵ１４５は、このプログラムに従って、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の回転角調整を行う。特に、画像伝達パネル３０の回転角の調整は、表示部２０との関係もあるので、大きく角度を変えると観察者には表示対象物６５を正常な形で認識させることが困難になる。そこで、画像伝達パネル３０の回転角調整は、観察者の小さな動きに対する補正的な意味合いを持つことになるので、あまり大きな角度の調整は行わないほうが望ましい。ただし、大掛かりな構成とならないため装置を作製しやすく、また、回転部分が軽量なため観察者の速い動きにも対応しやすくなるという利点もある。

ＣＰＵ１４５は、赤外線センサ１２を用いて装置本体から観察者までの間の距離を計測し、観察者が装置本体に近づくと、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々のギア機構部８１を同時に制御し、夫々の画像伝達パネル３０を内側（矢印Ｉｎ方向）に動かして、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが大きくなるように調整し、左視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂの光線が観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに入射するようにする。逆に、観察者が装置本体から遠ざかると、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々のギア機構部８１を同時に制御し、夫々の画像伝達パネル３０を外側（矢印Ｏｕｔ方向）に動かして、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが小さくなるように調整し、左視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂの光線が観察者の左眼ＥＬ、右眼ＥＲに入射するようにする。

この制御を連続して行い、スムーズな調整を可能とする。すなわち、観察者が装置本体に近づくに従って立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０を内側（矢印Ｉｎ方向）に動かして各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが大きくなるように調整し、観察者が装置本体から離れるに従って立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０を外側（矢印Ｏｕｔ方向）に動かして各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが小さくなるように調整する。これにより、観察者が装置本体に対して近づいたり、離れたりしても常に左右の視点画像５０Ａ、右視点画像５０Ｂの光線が観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射する。

なお、本実施の形態による立体表示装置２００は、上記立体表示装置１００と同様に、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂを持つものであるが、立体的二次元画像表示装置を２つ以上持たせることも可能である。特に、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αの調整は、観察者と対面する少なくとも２つの立体的二次元画像表示装置について行えば良い。なお、立体的二次元画像表示装置が２つ以上になる場合として、例えば、立体的二次元画像表示装置が３つ（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ）あって、そのうちの２つ（例えば、ＡとＢ、ＢとＣ）を１組とする立体的二次元画像表示装置夫々における狭角αを連動して調整するようにすれば良い。立体的二次元画像表示装置が４つ以上も同様である。

また、立体的二次元画像表示装置を２つ以上持つことで、観察者の横方向の動きにも対応可能となる。この場合、観察者の横方向の動きを１個の赤外線センサ１２で検出できなければ、装置本体の幅方向に複数個配置すれば良い。

また、本実施の形態による立体表示装置２００は、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度調整のみを行ったが、画像伝達パネル３０の動きに連動させて表示部２０の角度を変えるようにしても良い。また、画像伝達パネル３０の動きに連動させて、表示部２０の画像表示面２０ａで画像を表示させる位置を変えるようにしても良い。

また、上記実施の形態による立体表示装置２００においても、観察者の両眼間隔の個人差を吸収することを考慮していなかったが、観察者の両眼間隔を検出して、両眼の間隔と観察者の距離から各画像伝達パネル３０の角度を調整するようにしてもよい。観察者の両眼間隔の検出は、例えば上述した方法を使用すればよい。また、基準の観察距離で観察者が立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂによる結像を見たときに、各画像伝達パネル３０の角度が最適な角度となるように観察者が自ら調整を行い、そのときの値をキー入力部等の入力手段を用いて観察者が入力し、そこからキャリブレーションし、個人差を調整するようにすればよい。

また、上記実施の形態による立体表示装置２００においては、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂの画像伝達パネル３０を連動して動作させるようにしたが、必ずしも連動して動作させる必要はなく、それぞれ単独に動作させるようにしても良い。

次に、本発明に係る立体表示装置の他の実施の形態２を説明する。
図９は本発明の他の実施の形態２に係る立体表示装置の概略構成図である。なお、以下の説明において、図２、図５及び図８に示した部材・部位と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。

この実施の形態による立体表示装置３００は、上述した立体表示装置１００及び立体表示装置２００を組み合わせて、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度の調整と、各画像伝達パネル３０の角度の調整を共に可能にしたものである。なお、回転装置１１、回転装置８０、角度センサ１３、角度センサ８２及び制御装置１４は角度調整手段７２を構成する。

また、この実施の形態による立体表示装置３００の制御装置１４のプログラムメモリ１４６（図５参照）には、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度の調整と、各画像伝達パネル３０の角度の調整を行うためのプログラムが設けられている。ＣＰＵ１４５は、このプログラムに従って、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度の調整と、それぞれの画像伝達パネル３０の角度の調整を行う。

特に、観察者が装置本体に対して所定距離範囲内で近づく場合は、各画像伝達パネル３０の角度を変え、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが大きくなるように調整を行い、観察者が装置本体に対して所定距離範囲を超えて近づく場合は、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂの角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが更に大きくなるように調整を行う。

一方、観察者が装置本体に対して所定距離範囲内で遠ざかる場合は、各画像伝達パネル３０の角度を変えて各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが小さくなるように調整を行い、観察者が装置本体に対して所定距離範囲を超えて遠ざかる場合は、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αが更に小さくなるように調整を行う。

すなわち、観察者の小さな動きに対しては、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度調整で対応する。また、観察者の小さな動きを超える動きに対しては、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度の調整で対応する。
このように、観察者の小さな動きからそれを超える大きな動きに対して、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。

なお、本実施の形態による立体表示装置３００においても、立体表示装置２００と同様に、画像伝達パネル３０の動きに連動させて表示部２０の角度や画像の表示位置を変えるようにしても良い。

また、上記各実施の形態による立体表示装置３００においても、観察者の両眼間隔の個人差を吸収することを考慮していなかったが、観察者の両眼間隔を検出して、両眼の間隔と観察者の距離から立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度又は各画像伝達パネル３０の角度を調整するようにしてもよい。観察者の両眼間隔の検出は、例えば上述した方法を使用すればよい。
また、基準の観察距離で観察者が立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂによる結像を見たときに、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度又は各画像伝達パネル３０の角度が最適な角度となるように観察者が自ら調整を行い、そのときの値をキー入力部等の入力手段を用いて観察者が入力し、そこからキャリブレーションし、個人差を調整するようにすればよい。

また、上記実施の形態による立体表示装置３００においては、２つの立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂを連動して動作させるとともに、各画像伝達パネル３０を連動して動作させるようにしたが、必ずしも連動して動作させる必要はなく、それぞれ単独に動作させるようにしても良い。

本実施の形態による立体表示装置１００によれば、二次元画像を表示する画像表示面２０ａを備えた表示部２０と、表示部２０の画像表示面２０ａから離間配置され、画像表示面２０ａから出射する光を結像させて立体的二次元画像を空間に表示する画像伝達パネル３０とを備えた立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えた立体表示装置であって、観察者との間の距離を計測するための赤外線センサ１２と、赤外線センサ１２を用いて距離計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する角度調整手段７０とを備えたので、両眼視差による奥行きの違いを視認させる表現力が十分に得られ、しかも、観察者が装置本体に近づいたり離れたりしても、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態による立体表示装置２００によれば、赤外線センサ１２を用いて距離計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する角度調整手段７１を備えたので、観察者が装置本体に対して僅かに近づいたり離れたりしても、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、上述した立体表示装置１００と同様に、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態による立体表示装置３００によれば、赤外線センサ１２を用いて距離計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度と共に、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整する角度調整手段７２を備えたので、観察者の小さな動きからそれを超える大きな動きに対して、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、上述した立体表示装置１００と同様に、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態による立体表示方法によれば、表示部２０の画像表示面２０ａに二次元画像を表示し、表示部２０の画像表示面２０ａから離間配置した画像伝達パネル３０によって、画像表示面２０ａから出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えて立体表示する立体表示方法であって、装置本体と観察者との間の距離を計測し、その計測結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度を変えて各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整するので、両眼視差による奥行きの違いを視認させる表現力が十分に得られ、しかも、観察者が装置本体に近づいたり離れたりしても、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態による立体表示方法によれば、装置本体と観察者との間の距離を計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整するので、観察者が装置本体に対して僅かに近づいたり離れたりしても、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、上述した立体表示装置１００と同様に、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態による立体表示方法によれば、装置本体と観察者との間の距離を計測した結果に基づいて、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ間の角度と共に、立体的二次元画像表示装置１０Ａ、１０Ｂ夫々の画像伝達パネル３０の角度を変えて、各画像伝達パネル３０に垂直な軸Ａaxis、Ｂaxis間の狭角αを調整するので、観察者の小さな動きからそれを超える大きな動きに対して、常に左右の視点画像５０Ａ、５０Ｂの光線を観察者の左右両眼ＥＬ、ＥＲに正しく入射させることができる。これにより、上述した立体表示装置１００と同様に、常に十分な臨場感、視認性、アミューズメント性を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る立体表示装置の概略構成を表す図である。 図１の立体表示装置の平面図である。 図１の立体表示装置の斜視図である。 図１に示した画像伝達パネルの拡大図である。 図１の立体表示装置を構成する制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の立体表示装置を構成する２つの表示部夫々に表示される映像例を表した説明図である。 観察者が装置本体に近づいたときの観察者の両目位置と画像位置の違いを表した説明図である。 本発明の他の実施の形態１に係る立体表示装置の概略構成を表す図である。 本発明の他の実施の形態２に係る立体表示装置の概略構成を表す図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ 立体的二次元画像表示装置
１１、８０ 回転装置
１２ 赤外線センサ
１３、８２ 角度センサ
１４ 制御装置
２０ 表示部
２０ａ 画像表示面
２１Ａ、２１Ｂ 結像面
３０ 画像伝達パネル
４０ 筐体
５０Ａ、５０Ｂ 立体的二次元画像
８１ ギア機構部
１００、２００、３００ 立体表示装置

Claims (14)

1. 二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記表示部の画像表示面から離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて立体的二次元画像を空間に表示する画像伝達パネルとを備えた立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えた立体表示装置であって、
   観察者と当該立体表示装置との間の距離を計測する計測手段と、
   前記計測手段の計測結果に基づいて、少なくとも２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行う角度調整手段と、
   を備えたことを特徴とする立体表示装置。
2. 前記角度調整手段は、
   前記計測手段の計測結果から、前記観察者が装置本体に近づくに従って２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が大きくなるように調整を行い、逆に、前記観察者が装置本体から遠ざかるに従って２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が小さくなるように調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記角度調整手段は、
   前記各立体的二次元画像表示装置の角度の調整を行うことによって、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体表示装置。
4. 前記角度調整手段は、
   前記各立体的二次元画像表示装置の前記画像伝達パネルの角度の調整を行うことによって、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体表示装置。
5. 前記角度調整手段は、
   前記各立体的二次元画像表示装置の角度の調整と、前記各立体的二次元画像表示装置の前記画像伝達パネルの角度の調整のいずれか一方、もしくは両方を行うことによって、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の立体表示装置。
6. 前記角度調整手段は、
   前記計測手段の計測結果から、前記観察者が装置本体に対して所定距離範囲内で近づく、または所定距離範囲内で遠ざかる場合は、２つの前記立体的二次元画像表示装置夫々の前記画像伝達パネルの角度の調整を行い、
   前記観察者が装置本体に対して前記所定距離範囲を超えて近づく、または所定距離範囲を超えて遠ざかる場合は、２つの前記立体的二次元画像表示装置の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の立体表示装置。
7. 前記観察者の両眼の間隔を検出する両眼間隔検出手段を備え、
   前記角度調整手段は、前記両眼間隔検出手段で検出された前記観察者の両眼の間隔を含めて、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の立体表示装置。
8. 少なくとも一つの基準の観察距離で前記観察者が前記各立体的二次元画像表示装置による結像を見たときに、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が最適な角度になるように前記観察者が自ら調整を行った角度を取り込む入力手段を備え、
   前記角度調整手段は、前記入力手段で取り込まれた２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度でキャリブレーションを行い、このキャリブレーション後、前記観察者の装置本体に対する位置に応じて２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の立体表示装置。
9. 前記計測手段は、
   赤外線を受信して距離を計測する手段、又は二次元カメラで撮影した画像を画像認識して距離を計測する手段、又は奥行きを計測できる三次元カメラで距離を計測する手段のいずれかを備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の立体表示装置。
10. 前記画像伝達パネルが、
    マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の立体表示装置。
11. 表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、前記表示部の画像表示面から離間配置した画像伝達パネルによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置を、少なくとも２つ備えて立体表示する立体表示方法であって、
    観察者と当該立体表示装置との間の距離を計測し、その計測結果に基づいて、少なくとも２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする立体表示方法。
12. 前記観察者が装置本体に近づくに従って２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が大きくなるように調整し、逆に、前記観察者が装置本体から遠ざかるに従って２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が小さくなるように調整を行うことを特徴とする請求項１１に記載の立体表示方法。
13. 前記観察者の両眼の間隔を検出し、検出した前記観察者の両眼の間隔を含めて、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の立体表示方法。
14. 少なくとも一つの基準の観察距離で前記観察者が前記各立体的二次元画像表示装置による結像を見たときに、２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度が最適な角度になるように前記観察者が自ら調整を行い、調整された角度でキャリブレーションし、このキャリブレーション後、前記観察者の装置本体に対する位置に応じて２つの前記立体的二次元画像表示装置の一方の前記画像伝達パネルに垂直な軸と他方の前記画像伝達パネルに垂直な軸との間の角度の調整を行うことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の立体表示方法。

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