JP2011186062A - 立体映像観察装置、立体映像表示装置、及びプログラム - Google Patents

立体映像観察装置、立体映像表示装置、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】立体視用のメガネを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく立体映像を観察させる。
【解決手段】左眼用及び右眼用の映像が表示される表示画面と任意の観察者Mとの間に、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネル3を設置する。制御パネル3に対する観察者Mの相対的な両眼位置AR,ALを特定し、両眼位置AR,ALに対応する制御パネル3の左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとを決定する。左眼視界領域XLを構成する複数の制御領域の側と、右眼視界領域XRを構成する複数の制御領域の側とにおける光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する。観察者Mの両眼位置に対応する制御パネル3の任意の位置に、左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとからなる立体視用のメガネ部Xを自動的に生成し、メガネ部Xを介して観察者Mに左眼用及び右眼用の映像を観察させる。
【選択図】 図9

Description

本発明は、立体映像の観察に際し、立体視用のメガネを不要とする技術に関するものである。
従来、映像(静止画像や動画像)を奥行き感のある立体映像として知覚させる方式として、例えば偏光フィルタ方式がある。偏光フィルタ方式は、両眼視差(左右方向の視点のずれ)が確保された左右の映像を偏光方向が直交する異なる偏光で表示し、観察者に、左右の映像の偏光と対応する偏光透過軸が設定された左右の偏光フィルタからなる偏光メガネで表示映像を観察させる方式である。しかし、偏光フィルタ方式では、観察は偏光メガネを着用しなければ立体映像を見ることができないため、立体映像を提供する際には、観察者に偏光メガネを事前に配布する必要がある。
これを解決する技術として、例えば下記特許文献1には、立体映像(左右の映像)の表示画面と対向する仕切り板に、左目用及び右目用の一組の偏光フィルタを左右に並べて配置した覗き窓を設け、任意の観察者に覗き窓を通して立体映像を観察させる技術が記載されている。係る技術によれば、偏光メガネを事前に配布することなく、不特定多数の者に立体映像を提供することができる。
特開2009−31683号公報
しかしながら、上記技術における覗き窓は、言うなれば、偏光メガネを形を変えて特定位置に設置したものに他ならない。したがって、立体映像を観察可能な位置が、不可避的に覗き窓が設けられている位置に限定されてしまうという問題があった。
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、立体視用のメガネを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく立体映像を観察させることを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項1記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置であって、前記左眼用及び右眼用の映像が表示される表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項2記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、任意の観察者に立体画像として観察させる前記左眼用及び右眼用の映像は、偏光軸が互いに異なる偏光からなる映像であり、前記制御パネルは、前記複数の制御領域として、予め決められたパターンで配置された、左眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第1の制御領域と、右眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第2の制御領域とを有し、前記制御手段は、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御することを特徴とする。
また、請求項3記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御パネルは、任意の観察者に対向する制御パネルの表面側に設けられ、前記複数の制御領域の各々を構成する複数の液晶セルを備えた液晶素子を含み、前記制御手段は、前記液晶素子の複数の液晶セルを選択的に駆動することによって、制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御することを特徴とする。
また、請求項4記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御パネルは、前記表示画面と対向する裏面側に設けられた偏光方向制御素子を含み、前記偏光方向制御素子は、制御パネルの第1の制御領域に対応する第1の単位領域と前記制御パネルの第2の制御領域に対応する第2の単位領域とからなる複数の単位領域に区画されるとともに、第1の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度と、第2の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度とを、互いに異なる傾き角度に制御することを特徴とする。
また、請求項5記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記偏光方向制御素子は、前記第1の単位領域又は前記第2の単位領域の少なくともいずれか一方の単位領域に、左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸を回転する機能を有する光学材料が設けられることによって、前記第1の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度と、前記第2の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度とを、互いに異なる傾き角度に制御することを特徴とする。
また、請求項6記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、任意の観察者に立体画像として観察させる前記左眼用及び右眼用の映像は、前記表示画面に時分割で交互に表示される映像であり、前記制御手段は、前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御することを特徴とする。
また、請求項7記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御パネルは、任意の観察者に対向する制御パネルの表面側に設けられ、前記複数の制御領域の各々を構成する複数の液晶セルを備えた液晶素子を含み、前記制御手段は、前記液晶素子の複数の液晶セルを選択的に駆動することにより、前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御することを特徴とする。
また、請求項8記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御パネルの表面側に位置する任意の観察者の顔が撮影可能な位置に設置された撮影手段をさらに備え、前記位置特定手段は、前記撮影手段により撮影されるとともに任意の人物の顔が存在する撮影画像に基づいて、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定することを特徴とする。
また、請求項9記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記画像取得手段により取得された撮影画像から任意の人物の顔を表す顔領域を検出する顔検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記顔検出手段によって顔領域が検出されたことを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御することを特徴とする。
また、請求項10記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御手段は、前記顔検出手段によって検出された顔領域の撮影画像内での大きさが閾値以上であることを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御することを特徴とする。
また、請求項11記載の発明に係る立体映像観察装置にあっては、前記制御パネルから予め決められた距離範囲内に存在する任意の観察者を検出する観察者検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記観察者検出手段によって制御パネルから予め決められた距離範囲内に存在する任意の観察者の存在が検出されていることを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御することを特徴とする。
また、請求項12記載の発明に係るプログラムにあっては、左眼用及び右眼用の映像が表示される表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルを備え、当該制御パネルを介して前記左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体映像として観察させる立体映像観察装置が有するコンピュータを、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段として機能させることを特徴とする。
また、請求項13記載の発明に係る立体映像表示装置にあっては、左眼用及び右眼用の映像を表示する表示画面を有する表示装置と、前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置とを含み、前記立体映像観察装置は、前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、前記領域特定手段により特定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記領域特定手段により特定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
また、請求項14記載の発明に係る立体映像表示装置にあっては、偏光軸が互いに異なる偏光からなる左眼用及び右眼用の映像を表示する表示画面を有する表示装置と、前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置とを含み、前記立体映像観察装置は、前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、予め決められたパターンで配置された、左眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第1の制御領域と、右眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第2の制御領域とからなる制御パネルと、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
また、請求項15記載の発明に係る立体映像表示装置にあっては、左眼用及び右眼用の映像を時分割で交互に表示する表示画面を有する表示装置と、前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置とを含み、前記立体映像観察装置は、前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、偏光メガネを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく、偏光フィルタ方式による立体映像を観察させることが可能となる。
本発明に係る立体映像観察装置を含む立体映像表示装置の概略構成図である。 投影装置が発する投影光の偏光軸を示す説明図である。 制御パネルの構造を示す一部を破断した部分拡大斜視図である。 制御パネルの分解斜視図である。 液晶素子が非駆動状態にあるときの制御パネルの光学的作用を示す説明図である。 液晶素子が駆動状態にあるときの制御パネルの光学的作用を示す説明図である。 立体映像表示装置の要部における電気的構成を示すブロック図である。 CPUによる制御パネルの制御処理を示すフローチャートである。 (a)は観察者の両眼位置を示す図、(b)は観察者に対応する制御パネルの左眼視界領域及び右眼視界領域を示す図である。 (a)は制御パネルの左眼視界領域及び右眼視界領域の駆動状態を示す図、(b)は(a)の部分拡大図である。 (a)は複数の観察者の両眼位置を示す図、(b)は複数の観察者に対応する制御パネルの複数の偏光メガネ部を示す図である。 制御パネルにおける偏光メガネ部の生成位置変化の例を示した図である。 直視型の立体映像表示装置に使用される表示デバイスの例を示す説明図である。 制御パネルを時分割方式による立体映像表示装置に用いる場合のCPUによる制御パネルの制御処理を示すフローチャートである。 制御パネルに生成されるシャッタグラス部を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態として例示する立体映像表示装置の概略構成を示す図であり、図1(a)は、立体映像表示装置の斜視図、 図1(b)は、立体映像表示装置の側面図である。
本実施形態の立体映像表示装置は、偏光フィルタ方式により立体映像を表示するものであり、スクリーン1と、投影装置2、制御パネル3、カメラ4、制御装置5から構成されている。なお、図示した立体映像表示装置においては、制御パネル3とカメラ4と制御装置5とによって本発明の立体映像観察装置が実現されている。
投影装置2は、左右一対のプロジェクター2a,2bにより構成されている。一対のプロジェクター2a,2bは、図2に示したように、それぞれが両眼視差(左右方向の視点のずれ)が確保された左眼用、及び右眼用の映像(以下、単に左右の映像という。)を、偏光軸(光の振動方向)が互いに直交する異なる偏光でスクリーン1上の同一領域にそれぞれ投影する。なお、スクリーン1の表面が、左右の映像の表示画面である。
本実施形態において、図2で左側に位置する一方のプロジェクター2aは、偏光軸の傾き角度が90度(縦方向)に設定された直線偏光である映像光MLによる左眼用の映像をスクリーン1に投影する。また、図2で右側に位置する他方のプロジェクター2bは、偏光軸の傾き角度が0度(横方向)に設定された直線偏光である映像光MRにより右眼用の映像をスクリーン1に投影する。
制御パネル3は、スクリーン1と任意の観察者Mとを隔てるようにスクリーン1と距離を置いて設置された透明なパネルである。任意の観察者Mは、制御パネル3を介してスクリーン1に投影された左右の映像を観察することができる。
カメラ4は、スクリーン1の上方で、かつ制御パネル3の左右方向の中心を通る鉛直線上に設置されており、制御パネル3を介して制御パネル3の外側に存在する被写体を撮影し、撮影画像を取得するためのデジタルカメラである。なお、カメラ4には制御パネル3の全体が入る画角が設定されている。
制御装置5は、制御パネル3及びカメラ4と電気的に接続されており、制御パネル3及びカメラ4の動作を制御する。
まず、制御パネル3の詳細について説明する。図3は、制御パネル3の構成を示す、一部を破断した部分拡大斜視図である。制御パネル3は、スクリーン1に対向する裏面側を構成する偏光方向制御素子31と、任意の観察者Mに対向する表面側を構成する液晶素子32とから構成されている。
偏光方向制御素子31は、透明基板311に位相差膜312がストライプ状の配置パターンで形成されることによって、全領域を多数の単位領域に区画されたものである。多数の単位領域の詳細については後述する。
位相差膜312は、入射光に1/2波長の位相差を生じさせる1/2波長位相差膜であり、入射光に対する光学軸(遅相軸)の傾きが45度に設定されている。すなわち位相差膜312は、偏光方向制御素子31の裏面に入射する偏光、つまりスクリーン1において反射された左右の映像の映像光ML,MRの偏光軸を90度回転する機能を有している。
以下の説明においてはスクリーン1において反射された左右の映像光ML,MRを、単に左映像光ML、及び右映像光MRという。
また、偏光方向制御素子31において位相差膜312が形成された各々の単位領域を方向変換領域、位相差膜312が形成されていない他の各々の単位領域を非方向変換領域と呼ぶことにより両者を区別する。なお、本実施形態においては、方向変換領域が本発明の第2の単位領域であるとともに、非方向変換領域が本発明の第1の単位領域である。
液晶素子32は、パッシブ型のTN(Twisted Nematic)液晶素子である。図3に示したように液晶素子32は、偏光方向制御素子31側に位置する第1の透明基板321aと、第1の透明基板321aに対向する第2の透明基板321bとを有している。
第1の透明基板321aには、第2の透明基板321bと対向する内側の面に、第1の透明電極322aと第1の配向膜323aとが順に積層されている。第2の透明基板321bには、第1の透明基板321aと対向する内側の面に、第1の透明電極322aと直交するように延設された第2の透明電極322bと、第2の配向膜323bとが順に積層されている。第1の透明基板321aと第2の透明基板321bとの間には液晶層324が設けられており、液晶層324にはネマチック液晶が封入されている。
なお、図3には示さないが、ネマチック液晶を駆動するドライバ素子が、第1の透明基板321a及び第2の透明電極322bから引き出されたリード配線と接続された状態で、第1の透明基板321a又は第2の透明基板321bの一方側にCOG(Chip On Glass)方式で設けられている。また、ドライバ素子による液晶分子の駆動方法は、いわゆる単純マトリックス方式である。
左右の映像光ML,MRの入射側に位置する第1の透明基板321a、及び左右の映像光ML,MRの射出側に位置する第2の透明基板321bの外側には、第1の偏光板325aと第2の偏光板325bとがそれぞれ配置されている。
第1の偏光板325aの偏光透過軸は縦方向(傾き角度が90度)に設定され、かつ第2の偏光板325bの偏光透過軸は、第1の偏光板325aの偏光透過軸と90度異なる横方向(傾き角度が0度)に設定されている。つまり液晶素子32はノーマリーホワイトモードである。
また、液晶素子32においては、第1の透明電極322aと第2の透明電極322bとが交差する領域であって、ネマチック液晶の駆動単位である液晶セル(以下、単にセルという。)によって制御パネル3の制御領域が構成されている。
したがって、制御パネル3においては、液晶素子32の各々のセルを個別に駆動状態または非駆動状態とすることにより、後述するように各々の制御領域を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能となっている。
図4は、制御パネル3の分解斜視図であり、偏光方向制御素子31における各々の単位領域と、液晶素子32における各々のセル32aとを便宜的に示した説明図である。制御パネル3においては、液晶素子32の各々のセル32aに対応するマトリックス状に区画された各々の領域が制御領域である。
図4に示したように、偏光方向制御素子31においては、制御パネル3の各行の複数の制御領域(液晶素子32の複数のセル32a)に対応する横長の領域が単位領域であり、1行おきの単位領域に位相差膜312が設けられている。つまり偏光方向制御素子31には、非方向変換領域31aと方向変換領域31bとが縦方向に交互に設けられている。
以下の説明においては、制御パネル3における各々制御領域のうち、偏光方向制御素子31の非方向変換領域と対応する制御領域を第1の制御領域、偏光方向制御素子31の方向変換領域と対応する制御領域を第2の制御領域と呼ぶことにより両者を区別する。
図5は、液晶素子32(全てのセル32a)が非駆動状態にあるときの制御パネル3の光学的作用を示す説明図である。既説したように、偏光方向制御素子31の方向変換領域31bには、位相差膜312が形成されることにより、左右の映像光ML,MRの偏光軸をそれぞれ90度回転する機能が確保されている。
したがって、偏光方向制御素子31を通過する左右の映像光ML,MRは、各々の偏光軸の傾き角度を以下のように制御される。すなわち、方向変換領域31bを透過する側の左右の映像光ML,MRの各々の偏光軸の傾き角度と、非方向変換領域31aを透過する側の左右の映像光ML,MRの各々の偏光軸の傾き角度とが、それぞれ90度異なる角度に制御される。
つまり、方向変換領域31bを透過する左映像光MLが、偏光軸の傾き角度を0度に回転されるのに対し、非方向変換領域31aを透過する左映像光MLは、偏光軸の傾き角度が90度を維持される。また、方向変換領域31bを透過する右映像光MRが、偏光軸の傾き角度を90度に回転されるのに対し、非方向変換領域31aを透過する右映像光MRは、偏光軸の傾き角度が0度を維持される。
一方、液晶素子32を構成する第1の偏光板325a(入射側の偏光板)の偏光透過軸は全ての制御領域において同一(縦方向)である。そのため、偏光方向制御素子31の非方向変換領域31aを透過した左右の映像光ML,MRにおいては、左映像光MLのみが液晶素子32を透過することができる。すなわち、右映像光MRは第1の偏光板325aにより進行を阻止されるが、左映像光MLは第1の偏光板325aを透過する。そして、第1の偏光板325aを透過した左映像光MLは、液晶素子32の液晶層324において偏光軸の傾き角度を0度に回転されることによって、第2の偏光板325b(射出側の偏光板)をも透過することができる。
逆に、偏光方向制御素子31の方向変換領域31bを通過した側の左右の映像光ML,MRにおいては、右映像光MRのみが液晶素子32を透過することができる。すなわち、左映像光MLは第1の偏光板325aにより進行を阻止されるが、右映像光MRは第1の偏光板325aを透過する。そして、第1の偏光板325aを透過した右映像光MRは、液晶素子32の液晶層324において偏光軸の傾き角度を0度に回転されることにより、第2の偏光板325bをも透過することができる。
図4に「ML」で示したセル32aが、非駆動状態において左映像光MLのみが通過するセル32aであり、図4に「MR」で示したセル32aが、非駆動状態において右映像光MRのみが通過するセル32aである。
つまり、制御パネル3においては、液晶素子32(全てのセル32a)が非駆動状態にあるときには、偏光方向制御素子31の非方向変換領域31aと対応する第1の制御領域では左映像光MLのみが透過可能である。逆に、偏光方向制御素子31の方向変換領域31bと対応する第2の制御領域では右映像光MRのみが透過可能である。
一方、図6は、液晶素子32(全てのセル32a)が駆動状態にあるときの制御パネル3の光学的作用を示す説明図である。液晶素子32が駆動状態にあるとき、液晶層324に入射した光は偏光軸の傾き角度を維持されたまま第2の偏光板325bへ直進する。そのため、偏光方向制御素子31の非方向変換領域31aを透過した左映像光MLと、偏光方向制御素子31の方向変換領域31bを通過した右映像光MRとの双方が第2の偏光板325bにおいて進行を阻止される。
つまり、制御パネル3においては、液晶素子32が駆動状態にあるときには、液晶素子32が有する光シャッター機能によって、第1の制御領域と第2の制御領域との全ての領域において左右の映像光ML,MRが透過不能となる。
したがって、制御パネル3においては、液晶素子32の各セル32aを選択的に駆動することにより、全域内における任意の特定領域を透過する偏光を、必要に応じて左右の映像光ML,MRのいずれか一方に制御することができる。すなわち、特定領域に該当する全ての第1の制御領域の各セル32を駆動すれば、特定領域を透過する偏光を右映像光MRのみとすることができる。逆に特定領域に該当する全ての第2の制御領域の各セル32を駆動すれば、特定領域を透過する偏光を左映像光MLのみとすることができる。
次に、投影装置2を除く立体映像表示装置の電気的構成について説明する。図7は、立体映像表示装置の要部における電気的構成の概略を示したブロック図である。既に述べたように立体映像表示装置においては、制御パネル3とカメラ4とが制御装置5と電気的に接続されている。
カメラ4は、主として撮像素子41と信号処理部42とから構成されている。撮像素子41は、例えばCCD(Charge Coupled Device)やMOS(Complementary Meta1 0xide Semiconductor)型の撮像素子である。撮像素子41は、カメラ4が有する図示しない撮影レンズによって撮像面(感光面)に結像された被写体の光学像を光電変換により電気信号に変換し、変換した電気信号、つまり撮像信号を信号処理部42へ供給する。
信号処理部42には、撮像素子41から供給された撮像信号を処理してデジタル信号に変換するためのCDS(Correlated Double Sampling)と、PGA(Programmable Gain Amp)と、ADC(Analog-to-Digital converter)とからなるAFE(Analog Front End)と、デジタル信号に変換された撮像信号に所定のデジタル信号処理を施すDSP(Digital Signal Processor)とが含まれる。
カメラ4は、信号処理部42によってデジタル信号処理を施した後の撮像信号、つまり撮影画像のデータを制御装置5へ供給することにより、本発明の撮影手段として機能する。
制御装置5は、主としてCPU(Central Processing Unit)51と、ROM(Read Only Memory)52、RAM(Random Access memory)53、駆動信号生成部54、顔検出部55とから構成されている。
ROM52は、CPU51にカメラ4と液晶素子32の動作を制御させるための制御プログラム等を記憶するメモリである。RAM53は、CPU51がカメラ4や液晶素子32の動作を制御する際、必要に応じて種々のデータを記憶する作業用の外部メモリである。
CPU51は、ROM52に記憶されている制御プログラムに従い動作することにより、カメラ4と制御パネル3を構成している液晶素子32の動作を制御するとともに、本発明の位置特定手段、領域決定手段、制御手段として機能する。
駆動信号生成部54は、CPU51から供給される駆動制御データに応じた駆動信号であって、制御パネル3の液晶素子32の任意のセルを選択的に駆動するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号を液晶素子32へ供給する。
顔検出部55は、CPU51の命令に従い、カメラ4から制御装置5(CPU51)へ供給された画像データに対して顔検出処理を行う。顔検出処理は、画像データにより表される撮影画像から、予め用意(記憶)されている人物の顔に関する輪郭や色等のモデルパターンと特徴が近い画像内の特定領域を顔領域として検出する処理であり、顔検出処理には、画像の二値化や輪郭抽出、パターンマッチング等の各種の画像処理が含まれる。
顔検出部55は、顔検出処理に必要な各種の画像処理を行うための画像処理回路や、パラメータを記憶する複数のレジスタ、作業用のメモリ等から構成される。
そして、顔検出部55は、顔検出処理によって検出した顔領域を示す座標情報や、検出した顔領域における任意の人物の両眼の位置を示す両眼位置情報をCPU51へ供給することにより本発明の顔検出手段として機能する。また、本実施形態においては、CPU51と顔検出部55とによって本発明の観察者検出手段が実現されている。
そして、以上の構成からなる立体映像表示装置においては、投影装置2がスクリーン1に任意の立体映像(左右の映像)を投影している間、CPU51が、ROM52に記憶されている制御プログラムに従い制御パネル3を以下のように制御する。図8は、CPU51による制御パネル3の制御内容を示すフローチャートである。
図8に示したように、CPU51は、例えば制御装置5に電源が投入されることにより動作を開始し、直ちにカメラ4に撮影動作を行わせて、撮影画像のデータを取得する撮影処理を行う(ステップS1)。なお、CPU51は、取得したデータ(画像データ)をRAM53に記憶する。
ステップS1の処理に際しカメラ4によって取得される撮影画像は、制御パネル3を介して制御パネル3の外側に存在する被写体を撮影した画像であるとともに、画像内に制御パネル3の全域が含まれる画像である。また、カメラ4によって取得される撮影画像は、スクリーン1の上方から撮影された画像であるため、制御パネル3が下辺よりも上辺が長い台形に変形している画像である。
次に、CPU51は顔検出処理を実施する(ステップS2)。すなわちCPU51は、カメラ4から送られた撮影画像のデータを顔検出部55へ供給し、顔検出部55において撮影画像から顔領域を検出させる。
引き続き、CPU51は、顔検出部55において1又は複数の顔領域が検出できたか否かを確認する(ステップS3)。顔領域が検出できなければ(ステップS3:NO)、CPU51は液晶素子32を駆動中であるか否か、つまり液晶素子32のいずれかのセルを駆動中であるか否かをさらに確認する(ステップS9)。
そして、CPU51は、液晶素子32を駆動しているときには(ステップS9:YES)、液晶素子32の駆動を停止した後(ステップS10)、ステップS1へ戻る。また、CPU51は、液晶素子32を駆動していないときには、直ちにステップS1へ戻り、新たに撮影画像を取得する。
処理開始当初において液晶素子32は非駆動状態であり、CPU51は、顔領域が検出できなければ、直ちにステップS1へ戻り、新たに撮影画像を取得する。以後、CPU51は、撮影画像から顔領域が検出できるまで、ステップS1,S2の処理を繰り返す。
その後、CPU51は、撮影画像において顔領域が検出できると(ステップS3:YES)、まず、検出した1又は複数の顔領域の撮影画像内での大きさを取得する(ステップS4)。
次に、CPU51は、1又は複数の顔領域に、撮影画像内での大きさが予め決められている閾値以上である顔領域が存在するか否かを確認する(ステップS5)。顔領域の大きさの閾値は、撮影画像に存在する任意の人物の顔が標準的な大きさである場合において、任意の人物の顔と制御パネル3との間の距離が一定の距離(例えば15cm)であるときの、撮影画像内における顔領域の大きさである。
つまり、ステップS5の処理においてCPU51は、撮影画像内に存在する1又は複数の人物の顔の中に、制御パネル3との間の距離が予め決められている距離以下である顔が存在するか否かを、顔領域の大きさによって簡易的に判断する。
すなわち、CPU51は、顔領域の大きさを、撮影画像内に存在する人物の顔と制御パネル3との間の距離を示す距離情報として使用して、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在するか否かを検出する。
CPU51は、大きさが閾値以上である顔領域が存在していないとき、つまり撮影画像内の全ての人物の顔と、制御パネル3との間の距離が一定の距離以上離れているときには(ステップS5:NO)、液晶素子32を駆動中であるか否かを確認する(ステップS6)。そして、CPU51は、処理開始当初のように液晶素子32を駆動していないときには(ステップS6:NO)、先に説明したステップS9の処理へ進む。
一方、CPU51は、撮影画像から検出した1又は複数の顔領域のうちに大きさが閾値以上である顔領域が存在しているとき、つまり制御パネル3との間の距離が規定の距離以内に1又は複数の人物の顔が存在するときには(ステップS5:YES)、引き続き、以下の処理を行う。
まず、CPU51は、RAM53に記憶してある顔領域の画像データに対して二値化や輪郭抽出処理、パターンマッチング等の画像処理を行うことによって、大きさが閾値以上である顔領域毎に、左右の眼の位置(以下、両眼位置ともいう。)を示す画像内での座標位置を取得する(ステップS6)。図9(a)は、撮影画像内に存在する任意の人物、つまり立体映像の観察者Mの両眼位置AL,ARを例示した図である。
次に、CPU51は、取得した両眼位置AL,ARの座標データに基づいて、制御パネル3における左眼視界領域、及び右眼視界領域を顔領域毎に決定する(ステップS7)。ここで、左眼視界領域とは、顔領域に対応する観察者Mの左眼の視界に含まれる制御パネル3の特定の領域である。同様に、右眼視界領域とは、顔領域に対応する観察者Mの右眼の視界に含まれる制御パネル3の特定の領域である。図9(b)は、制御パネル3を外側(観察者側)から見たときの、制御パネル3における左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとを示した図である。
CPU51による左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとの具体的な決定手順は、以下の通りである。すなわち、ステップS7の処理においてCPU51は、まず、撮影画像における観察者Mの左右の眼の位置AL,ARを結ぶ直線の中点AOの座標位置を取得する(図9(a)参照)。次に、CPU51は、中点AOを通る制御パネル3の表面に垂直な仮想線と、制御パネル3の表面との交点Oの座標位置を演算する。
しかる後、CPU51は、演算した仮想線と制御パネル3の表面との交点Oにおいて互いに接するとともに、各々が予め決められている直径を有する左右に並ぶ2つの円を特定する。なお、左右2つの円の大きさ(直径)は、ステップS5の処理において使用される顔領域の大きさの閾値、つまり規定の距離と対応して決められている大きさである。
そして、CPU51は、左右2つの円のうちで、制御パネル3の左側に位置する一方の円で囲まれる領域を左眼視界領域XLと決定し、右側に位置する他方の円で囲まれる領域を右眼視界領域XRと決定する(図9(b)参照)。より具体的には、CPU51は、左眼視界領域XLに位置する制御パネル3の複数の制御領域と、右眼視界領域XRに位置する制御パネル3の複数の制御領域とを特定する。
ここで、カメラ4によって取得される撮影画像は、既説したようにスクリーン1の上方から撮影された画像であり、制御パネル3が下辺よりも上辺が長い台形に変形している画像である。そのため、ステップS7の処理で観察者の左右の眼の位置AL,ARを結ぶ直線の中点AOを通る制御パネル3の表面に垂直な仮想線と、制御パネル3の表面との交点Oの座標位置を演算する際、CPU51はカメラ4の位置を勘案して交点Oの座標位置を演算する。
例えばCPU51は、既知である制御パネル3からカメラ4までの水平距離、カメラ4の上下方向の撮影角度、前述した規定の距離等を含み、中点AOの座標位置をパラメータとした所定の関数演算を用い、撮影画像の座標空間における交点Oの座標位置を演算する。しかる後、CPU51は、演算した交点Oの座標位置を、制御パネル3の表面上の位置を示す実空間での座標位置に変換し、変換後の座標位置を最終的な交点Oの座標位置として取得する。
左眼視界領域XL、及び右眼視界領域XRを決定した後、CPU51は、駆動信号生成部54に所定の駆動信号を生成させ、生成した駆動信号を液晶素子32へ供給させることによって、液晶素子32の各セルのうちで左眼視界領域XLに位置する右眼用セル群と、右眼視界領域XRに位置する左眼用セル群とを駆動する(ステップS8)。
ここで、左眼用セル群とは、液晶素子32の各々のセル32aのうちで、制御パネル3において左映像光MLのみが通過可能な第1の制御領域を構成する複数のセル32a(図4に「ML」で示したセル)である。また、右眼用セル群とは、制御パネル3において右映像光MRのみが通過可能な第2の制御領域を構成する複数のセル32a(図4に「MR」で示したセル)である。
これにより、制御パネル3においては、図10(a)に示したように、左眼視界領域XLでは、1行おきに配置されている横方向に並んだ複数の第2の制御領域3bのみが遮光状態(黒表示)に制御され、逆に右眼視界領域XRでは、1行おきに配置されている横方向に並んだ複数の第1の制御領域3aのみが遮光状態(黒表示)に制御される。
図10(b)は、左眼視界領域XL、及び右眼視界領域XRの部分拡大図であり、図で左側が左眼視界領域XLの部分拡大図、右側が右眼視界領域XRの部分拡大図である。また、斜線で示した各領域が遮光状態にある制御領域(第1の制御領域3a又は第2の制御領域3b)である。なお、図10は、制御パネル3を外側(観察者側)から見たときの図である。
つまり、ステップS8の処理に伴い制御パネル3には、従来、偏光フィルタ方式で表示される立体映像の観察に使用されている偏光メガネと同様の機能を有する、左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとからなる偏光メガネ部Xが、任意の観察者Mの眼の位置に対応する位置に自動的に生成される。
したがって、制御パネル3の前に居る任意の観察者Mは、スクリーン1に投影されている左眼用の映像を左眼視界領域XLを介して左眼のみで観察し、同時にスクリーン1に投影されている右眼用の映像を右眼視界領域XRを介して右眼のみで観察することができる。
また、CPU51は、撮影画像内での大きさが閾値以上である顔領域が複数存在しているときには、前述したステップS6〜S8の処理を顔領域毎に行う。したがって、制御パネル3のすぐ近くに複数の観察者が居る場合には、ステップS8の処理に伴い制御パネル3には、各々の観察者の両眼位置に対応する異なる位置に偏光メガネ部Xが個別に生成される。
図11は、制御パネル3のすぐ近くに4人の観察者M1〜M4が居た場合の例を示した図9に対応する図である。図11(a)に示したように、制御パネル3のすぐ近くに4人の観察者M1〜M4が居た場合、図11(b)に示したように、制御パネル3には、各々の観察者M1〜M4に対応した偏光メガネ部X1〜X4が、観察者M1〜M4に対応した異なる位置に個別に生成される。
以後、CPU51は、ステップS1の処理へ戻り新たな撮影画像のデータを取得した後、ステップS2以降の処理を繰り返す。したがって、制御パネル3に任意の観察者によって使用される偏光メガネ部Xが生成されている間、任意の観察者の顔(両眼位置)が上下左右に移動すると、図12に示したように、制御パネル3に生成された偏光メガネ部Xの位置も、任意の観察者Mの顔(両眼位置)に追随して移動する。
また、CPU51は、制御パネル3に偏光メガネ部Xを生成している間に、例えば観察者がカメラ4の画角外へ移動することによって、撮影画像から顔領域が検出できなくなると(ステップS3:NO)、液晶素子32の駆動を停止する(ステップS10)。つまり、それまで制御パネル3に生成していた偏光メガネ部Xを消失させる。
また、CPU51は、制御パネル3に偏光メガネ部を生成している間に、例えば観察者が制御パネル3から遠ざかることによって、撮影画像において検出している顔領域の大きさが閾値よりも小さな大きさとなると(ステップS5:NO)、液晶素子32の駆動を停止する(ステップS10)。つまり、それまで制御パネル3に生成していた偏光メガネ部Xを消失させる。
以上説明したように、本実施形態の立体映像表示装置においては、制御パネル3の特定領域であって、制御パネル3から規定の距離以内に位置する観察者の両眼位置に対応した任意の領域に偏光メガネ部Xを自動的に生成する。しかも、生成した偏光メガネ部Xの生成位置を、制御パネル3内において観察者の顔の両眼位置の変化に追随して移動される。よって、偏光メガネを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく、偏光フィルタ方式による立体映像を観察させることができる。
しかも、本実施形態では、偏光メガネ部Xが生成されていない制御パネル3の一般部が透明状態であり、一般部においては、右の映像の映像光ML,MRが各々の制御領域(第1の制御領域3a、及び第2の制御領域3b)を透過する。
したがって、制御パネル3から規定の距離以内に位置する観察者M以外の不特定多数の者には、スクリーン1の表面(表示画面)に表示されている左右の映像を2次元映像として視認させることができる。さらに、例えばスクリーン1と制御パネル3との間に商品見本等を陳列する場合には、観察者M以外の不特定多数の者にも、制御パネル3を介して商品見本等を支障なく視認させることができる。
また、本実施形態の立体映像表示装置においては、制御パネル3から規定の距離以内の位置に任意の人物が居ることを条件に、当該人物を観察者Mとして制御パネル3に偏光メガネ部Xを自動的に生成する。したがって、事前に決めておいた距離まで制御パネル3に近付いた人物のみを対象として立体映像を提供することができる。
(変形例等)
以下、本実施形態の変形例等について説明する。本実施形態において説明した左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとの決定方法は一例であり、本発明の実施に際しては、左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとの決定に際しては任意の方法を採用することができる。
また、本実施形態においては、左眼視界領域XLと右眼視界領域XR(以下、左右の視界領域XL,XRと略す。)を、それぞれが予め決められている大きさを有し、かつ左右に並び互いに接する2つの円形領域とした。しかし、左右の視界領域XL,XRの大きさや、形状、位置関係は適宜変更することができる。
すなわち左右の視界領域XL,XRの大きさは、例えば制御パネル3から任意の観察者の顔までの距離を本実施形態とは異なり細かく判断することにより、距離に応じて変化させるようにしてもよい。つまり左右の視界領域XL,XRの大きさは、制御パネル3から任意の観察者の顔までの距離が近くなるに従い小さくし、かつ制御パネル3から任意の観察者の顔までの距離が遠くなるに従い大きくするようにしてもよい。
また、左右の視界領域XL,XRの形状は円形以外の形状であってもよく、左右の視界領域XL,XRの形状は、例えば楕円形や多角形としても構わない。また、左右の視界領域XL,XRは必ずしも互いに接するものでなくともよく、左右の視界領域XL,XRは互いに離間するものであっても構わない。
また、本実施形態においては、偏光メガネ部Xを生成していない制御パネル3の一般部を透明状態としたが、本発明の実施に際しては、制御パネル3の一般部を非透明状態(黒表示)としてもよい。制御パネル3の一般部を非透明状態(黒表示)とする場合には、通常は液晶素子32の全てのセル32aを駆動状態とするとともに、偏光メガネ部Xの生成に際しては、左眼視界領域XLに位置する左眼用セル群のみを駆動状態とし、かつ右眼視界領域XRに位置する右眼用セル群のみを駆動状態とすれはよい。
また、本実施形態においては、偏光メガネ部Xを生成していない制御パネル3の一般部における第1の制御領域3aと第2の制御領域3bとの全てを透光状態に制御することによって、制御パネル3の一般部を透明状態とした。しかし、制御パネル3の一般部については、第1の制御領域3a、又は第2の制御領域3bの一方のみを透光状態に制御することによって透明状態を確保してもよい。
第1の制御領域3a、又は第2の制御領域3bの一方のみを透光状態に制御して、制御パネル3の一般部を透明状態とする場合、観察者M以外の不特定多数の者には、スクリーン1の表面に表示されている左右の映像の一方のみからなる2次元映像を視認させることができる。また、本実施形態と同様、スクリーン1と制御パネル3との間に商品見本等を陳列する場合には、観察者M以外の不特定多数の者にも、制御パネル3を介して商品見本等を支障なく視認させることができる。
また、本実施形態においては、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在するか否かを定常的に検出するようにした。しかし、観察者が存在するか否かは、予め決められた一定時間毎に検出するようにしてもよい。観察者が存在するか否かを一定時間毎に検出する場合、制御パネル3に生成した偏光メガネ部Xは、次に観察者が存在するか否かを検出するまで同一位置に継続して生成し、次に観察者が存在するか否かを検出する前に、予め決められた一定時間の経過後に消失させてもよい。
また、本実施形態においては、制御パネル3における第1の制御領域と第2の制御領域とを行を単位として縦方向に交互に配置した。つまり偏光方向制御素子31における非方向変換領域31aと方向変換領域31bとを行を単位として縦方向に交互に配置した。
しかし、制御パネル3における第1の制御領域と第2の制御領域との配置パターンは必要に応じて変更することができる。例えば第1の制御領域と第2の制御領域とは、列を単位として横方向に交互に配置したり、市松模様となるように配置したりしてもよい。なお、配置パターンとしては、第1の制御領域と第2の制御領域とが一方向に交互に並ぶものが好ましい。
また、本実施形態においては、偏光方向制御素子31が、透明基板311に位相差膜312がストライプ状の配置パターンで形成されることによって、単位領域として非方向変換領域31aと方向変換領域31bとが確保されたものである場合について説明した(図4参照)。
しかし、偏光方向制御素子31の方向変換領域31bは、位相差膜312と同様の機能を有するものであれば、他の光学材料(例えば複屈折結晶)により構成しても構わない。また、偏光方向制御素子31の非方向変換領域31aには、方向変換領域31bを形成する位相差膜312と入射光に対する光学軸の傾きが90度異なる位相差膜を別途形成するようにしてもよい。
また、本実施形態においては、液晶素子32が、単純マトリックス方式により駆動されるものである場合について説明した。しかし、液晶素子32は、各セルに薄膜トランジスタ等の能動素子が設けられ、アクティブマトリックス方式により駆動されるものに代えることもできる。
また、本実施形態においては、液晶素子32がノーマリーホワイトモードのものである場合について説明したが、液晶素子32はノーマリーブラックモードのものに代えることもできる。先に述べたように、偏光メガネ部Xを生成していない制御パネル3の一般部を全て非透明状態(黒表示)とする場合には、ノーマリーブラックモードの液晶素子を採用すれば、制御パネル3の消費電力を削減することができる。
例えば液晶素子32としてノーマリーブラックモードの液晶素子を採用し、制御パネル3の一般部を全て非透明状態(黒表示)とする場合には、カメラ4を制御パネル3の外側に配置すればよい。
また、本実施形態においては、カメラ4によって取得された撮影画像内での顔領域の大きさを、任意の人物の顔と制御パネル3との間の距離を示す距離情報として使用することにより、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在するか否かを検出するようにした。
しかし、本発明の実施に際しては、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在するか否かを、以下の方法により検出してもよい。例えば制御パネル3の表面側等に赤外線、超音波、可視光などを用いた人感センサを1又は複数設け、人感センサによる人物の検出範囲を制御パネル3から予め決められた距離範囲内に設定しておくことにより、決められた距離範囲内における任意の観察者の有無を判断してもよい。
また、例えば制御パネル3の表面側等に複数の測距センサを多数設置し、複数位置で、制御パネル3の表面側に存在する人物等までの距離を検出することにより、各測距センサの検出結果に基づいて、決められた距離範囲内における任意の観察者の有無を検出するようにしても構わない。
また、本実施形態において立体映像表示装置を構成しているカメラ4は、立体映像表示装置に専用のものである必要はない。すなわちカメラ4は、制御パネル3に対する任意の観察者の相対的な両眼位置の特定に利用可能な撮影画像を取得することができるものであれば、他の任意の用途に使用されている既存のカメラであっても構わない。さらに、既存のカメラを使用する場合、既存のカメラは制御パネル3の外側に設置されているものであっても構わない。
また、カメラ4は静止画を撮影ものでなく動画を撮影するものであってもよい。カメラ4が動画を撮影するものである場合、CPU51には、例えばカメラ4から逐次取得した動画における所定のタイミングのフレーム画像を処理対象として顔検出処理等を行わせればよい。
さらに、CPU51が顔検出処理等の処理対象とする画像は、単一のカメラにより撮影された単一の撮影画像なくともよく、複数台のカメラによって撮影された複数の撮影画像であっても構わない。但し、顔検出処理等の処理対象となる画像が複数の撮影画像である場合は、複数台のカメラが、制御パネル3に対向する全ての被写体を同時に撮影できる位置にそれぞれ設置されている必要がある。
また、本実施形態においては、任意の観察者に立体映像として観察させる左右の映像が、投影装置2(左右一対のプロジェクター2a,2b)によってスクリーン1に投影される立体映像表示装置について説明した。しかし、本発明の立体映像観察装置は、任意の観察者に立体映像として観察させる左右の映像が以下に述べるような表示デバイスにより表示される直視型の立体映像表示装置にも採用することができる。
図13は、直視型の立体映像表示装置に使用される表示デバイスの一例を示した図であり、表示デバイス501の要部の構成を模式的に示した分解斜視図である。表示デバイス501は、表示素子502と、表示素子502の前面側に順に配置された偏光板503と、偏光方向制御素子504とから構成される。
表示素子502は、例えば液晶素子、EL(Electro Luminescence)素子、プラズマ素子等のドットマトリックスの構造を有するものである。表示素子502には、マトリックス状に配置された各画素502aに、1画素おきに左眼用の映像と右眼用の映像とが表示される。
偏光板503は、例えば図13に示したように偏光透過軸が縦方向(傾き角度が90度)に設定されたものである。偏光板503は、各画素が発する左眼用、又は右眼用の映像光ML,MRに含まれる偏光軸が90度の偏光成分のみを通過させる。
偏光方向制御素子504は、表示素子502における各画素と1対1の関係で配置された多数の単位領域を有し、各々の単位領域が、所定の配置パターンで一定方向(図では、縦方向)に交互に配置された非方向変換領域504aと方向変換領域504bとからなるものである。
非方向変換領域504aと方向変換領域504bとは、本実施形態において説明した偏光方向制御素子31に確保されたものと同様の機能を有するものである。すなわち、非方向変換領域504aは、入射した偏光(図では、左眼用の映像光ML)をそのまま透過させ、方向変換領域504bは、入射した偏光(図では、右眼用の映像光MR)の偏光軸を90度回転させる。
したがって、表示デバイス501においては、偏光方向制御素子504により構成される表示画面上において1画素おきに表示される左眼用、及び右眼用の映像の映像光ML,MRが、偏光軸が互いに直交する異なる偏光により構成される。
図13に示したような表示デバイス501を含む直視型の立体映像表示装置においても、本発明の立体映像観察装置を適用すれば、偏光メガネを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく、偏光フィルタ方式による立体映像を観察させることができる。
一方、以上の説明においては、偏光フィルタ方式による立体映像表示装置について説明したが、本実施形態で説明した制御パネル3は時分割方式による立体映像表示装置にも使用することができる。時分割方式は、左右の映像(左眼用、及び右眼用の映像)を表示画面に時分割で(一定周期で)交互に表示する方式である。
制御パネル3を時分割方式の立体映像表示装置に用いる場合には、以下のようにすればよい。まず、例えば図7に示した構成に加え、左右の映像を表示する任意の表示装置(投影装置を含む。)を有線又は無線によりCPU51と電気的に接続した構成を確保する。また、表示装置が、左右の映像の表示タイミングを示すタイミング信号をCPU51へ供給する構成とする。また、ROM52には、表示装置が任意の立体映像(左右の映像)を表示している間、CPU51に図14に示した処理を行わせるための制御プログラムを格納しておく。
以下、図14に示したCPU51の処理について説明する。ステップS101〜S107の処理は、図8に示したステップS1〜S7の処理と同一である。すなわち、CPU51は、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在するときには、制御パネル3における左眼視界領域XL、及び右眼視界領域XRを観察者毎(顔領域毎)に決定する(ステップS107)。
また、CPU51は、決定した左眼視界領域XLに位置する液晶素子32の全てのセルを示すセル情報と、右眼視界領域XRに位置する液晶素子32の全てのセルを示すセル情報とを内部メモリに記憶する(ステップS108)。しかる後、CPU51は、その時点で表示装置から供給されているタイミング信号によって示される表示タイミングが左眼用映像の表示タイミングであるか否かを確認する(ステップS109)。
そして、CPU51は、表示タイミングが左眼用映像の表示タイミングであるときには(ステップS109:YES)、右眼視界領域XRに位置する液晶素子32の全てのセルを駆動状態とし、かつ左眼視界領域XLに位置する液晶素子32の全てのセルの駆動を停止する(ステップS110)。なお、処理開始当初においては、液晶素子32の全てのセルは非駆動状態であるため、ステップS110の処理に際してCPU51は、単に右眼視界領域XRに位置する液晶素子32の全てのセルを駆動状態とする。
ステップS110の処理に伴い、制御パネル3においては、図15(a)に示したように、左眼視界領域XLの全域が透光状態に制御され、逆に右眼視界領域XRの全域が遮光状態(黒表示)に制御される。
その後、CPU51は、予め決められている一定間隔の顔検出タイミングが到来するまでは(ステップS112:NO)、逐次、表示タイミングが左眼用映像の表示タイミングであるか否かを確認する(ステップS109)。そして、CPU51は、表示タイミングが右眼用映像の表示タイミングとなった時点で(ステップS109:NO)、左眼視界領域XLに位置する液晶素子32の全てのセルを駆動状態とし、かつ右眼視界領域XRに位置する液晶素子32の全てのセルの駆動を停止する(ステップS111)。
ステップS111の処理に伴い、制御パネル3においては、図15(b)に示したように、左眼視界領域XLの全域が遮光状態(黒表示)に制御され、逆に右眼視界領域XRの全域が透光状態に制御される。
また、CPU51は、顔検出タイミングが到来するまでは(ステップS112:NO)、ステップS109〜S111の処理を繰り返し実行する。すなわち制御パネル3においては、左右の映像の表示タイミングと同期して、左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとが透光状態と遮光状態とに交互に制御される。
つまりステップS109〜S111の処理に伴い制御パネル3には、従来、時分割方式で表示される立体映像の観察に使用されている液晶シャッタグラスと同様の機能を有する、左眼視界領域XLと右眼視界領域XRとからなるシャッタグラス部Yが、任意の観察者Mの眼の位置に対応する位置に自動的に生成される。
したがって、制御パネル3の前に居る任意の観察者Mは、左眼用の映像の表示器期間内には、左眼用の映像を左眼視界領域XLを介して左眼のみで観察し、かつ右眼用の映像の表示器期間内には、右眼用の映像を右眼視界領域XRを介して右眼のみで観察することができる。
その後、CPU51は、顔検出タイミングが到来した時点で(ステップS112:YES)、再びステップS101〜S108の処理を実行し、左眼視界領域XL、及び右眼視界領域XR、及び双方の位置する全てのセルの情報を更新する。そして、CPU51は、ステップS109〜S111の処理を繰り返す。したがって、制御パネル3に、任意の観察者によって使用されるシャッタグラス部Yが生成されている間、任意の観察者の顔(両眼位置)が上下左右に移動すると、シャッタグラス部Yの位置も、任意の観察者Mの顔(両眼位置)に追随して移動する。
また、CPU51は、制御パネル3から予め決められた距離範囲内に任意の観察者が存在しないと判断できる状況となると(ステップS103:NO、又はステップS105:NO)、以下の処理を行う。CPU51は、液晶素子32が駆動中であれば(ステップS114:YES)、液晶素子32の駆動を停止する(ステップS115)。つまり制御パネル3にシャッタグラス部Yを生成中であれば、生成中のシャッタグラス部Yを消失させる。しかる後、CPU51は、ステップS101の処理へ戻る。また、CPU51は、液晶素子32が駆動中でなければ、つまりシャッタグラス部Yを生成していなければ(ステップS114:NO)、そのままステップS101の処理へ戻る。
以上のように、制御パネル3を時分割方式の立体映像表示装置に用いる場合においては、制御パネル3における、任意の観察者Mの眼の位置に対応する位置にシャッタグラス部Yを自動的に生成し、かつ生成したシャッタグラス部Yを任意の観察者Mの顔(両眼位置)に追随して移動させることができる。よって、立体視用のメガネである液晶シャッタグラスを着用していない観察者に、観察位置を固定することなく立体映像を観察させることができる。
さらに、制御パネル3を時分割方式の立体映像表示装置に用いる場合は、制御パネル3には、液晶素子32が有する光シャッター機能のみが確保されていればよい。したがって、時分割方式の立体映像表示装置に用いる場合においては、制御パネル3を、偏光方向制御素子31を有していない液晶素子32のみからなる構成とすることができる。
なお、制御パネル3を時分割方式の立体映像表示装置に用いて、制御パネル3にシャッタグラス部Yを生成する場合においても、左右の視界領域XL,XRの大きさや、形状、配置は適宜変更することができる。また、シャッタグラス部Yを生成していない制御パネル3の一般部の制御や、シャッタグラス部Yの生成時間等については、制御パネル3に偏光メガネ部Xを生成する場合と同様に適宜変更することができる。また、制御パネル3を時分割方式の立体映像表示装置に用いる場合においても、液晶素子32の構成等については、制御パネル3を偏光フィルタ方式の立体映像表示装置に用いる場合と同様、適宜変更することができる。
1 スクリーン
2 投影装置
2a プロジェクター
2b プロジェクター
3 制御パネル
3a 第1の制御領域
3b 第2の制御領域
31 偏光方向制御素子
31a 非方向変換領域
31b 方向変換領域
311 透明基板
312 位相差膜
32 液晶素子
323a 第1の配向膜
323b 第2の配向膜
324 液晶層
325a 第1の偏光板
325b 第2の偏光板
4 カメラ
5 制御装置
51 CPU
55 顔検出部
ML 左映像光
MR 右映像光
M,M1〜M4 観察者
X,X1〜X4 偏光メガネ部
XL 左眼視界領域
XR 右眼視界領域
Y シャッタグラス部

Claims (15)

  1. 左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置であって、
    前記左眼用及び右眼用の映像が表示される表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、
    前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、
    前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、
    前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする立体映像観察装置。
  2. (※旧・請求項1)
    任意の観察者に立体画像として観察させる前記左眼用及び右眼用の映像は、偏光軸が互いに異なる偏光からなる映像であり、
    前記制御パネルは、前記複数の制御領域として、予め決められたパターンで配置された、左眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第1の制御領域と、右眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第2の制御領域とを有し、
    前記制御手段は、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御する
    ことを特徴とする請求項1記載の立体映像観察装置。
  3. 前記制御パネルは、任意の観察者に対向する制御パネルの表面側に設けられ、前記複数の制御領域の各々を構成する複数の液晶セルを備えた液晶素子を含み、
    前記制御手段は、前記液晶素子の複数の液晶セルを選択的に駆動することによって、制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御する
    ことを特徴とする請求項2記載の立体映像観察装置。
  4. 前記制御パネルは、前記表示画面と対向する裏面側に設けられた偏光方向制御素子を含み、
    前記偏光方向制御素子は、制御パネルの第1の制御領域に対応する第1の単位領域と前記制御パネルの第2の制御領域に対応する第2の単位領域とからなる複数の単位領域に区画されるとともに、第1の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度と、第2の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度とを、互いに異なる傾き角度に制御する
    ことを特徴とする請求項2又は3記載の立体映像観察装置。
  5. 前記偏光方向制御素子は、前記第1の単位領域又は前記第2の単位領域の少なくともいずれか一方の単位領域に、左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸を回転する機能を有する光学材料が設けられることによって、前記第1の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度と、前記第2の単位領域を透過する側の左眼用及び右眼用の映像の各々の偏光の偏光軸の傾き角度とを、互いに異なる傾き角度に制御することを特徴とする請求項4記載の立体映像観察装置。
  6. 任意の観察者に立体画像として観察させる前記左眼用及び右眼用の映像は、前記表示画面に時分割で交互に表示される映像であり、
    前記制御手段は、前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御する
    ことを特徴とする請求項1記載の立体映像観察装置。
  7. 前記制御パネルは、任意の観察者に対向する制御パネルの表面側に設けられ、前記複数の制御領域の各々を構成する複数の液晶セルを備えた液晶素子を含み、
    前記制御手段は、前記液晶素子の複数の液晶セルを選択的に駆動することにより、前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御する
    ことを特徴とする請求項6記載の立体映像観察装置。
  8. 前記制御パネルの表面側に位置する任意の観察者の顔が撮影可能な位置に設置された撮影手段をさらに備え、
    前記位置特定手段は、前記撮影手段により撮影されるとともに任意の人物の顔が存在する撮影画像に基づいて、前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する
    ことを特徴とする請求項1乃至7いずれか記載の立体映像観察装置。
  9. 前記画像取得手段により取得された撮影画像から任意の人物の顔を表す顔領域を検出する顔検出手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記顔検出手段によって顔領域が検出されたことを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する
    ことを特徴とする請求項8記載の立体映像観察装置。
  10. 前記制御手段は、前記顔検出手段によって検出された顔領域の撮影画像内での大きさが閾値以上であることを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する
    ことを特徴とする請求項9記載の立体映像観察装置。
  11. 前記制御パネルから予め決められた距離範囲内に存在する任意の観察者を検出する観察者検出手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記観察者検出手段によって制御パネルから予め決められた距離範囲内に存在する任意の観察者の存在が検出されていることを条件として、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する
    ことを特徴とする請求項1乃至9いずれか記載の立体映像観察装置。
  12. 左眼用及び右眼用の映像が表示される表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルを備え、当該制御パネルを介して前記左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体映像として観察させる立体映像観察装置が有するコンピュータを、
    前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、
    前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、
    前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段と
    して機能させることを特徴とするプログラム。
  13. 左眼用及び右眼用の映像を表示する表示画面を有する表示装置と、
    前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置と
    を含み、
    前記立体映像観察装置は、
    前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、
    前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、
    前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、
    前記領域特定手段により特定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域の側と、前記領域特定手段により特定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域の側とにおける、各々の制御領域の光学的な動作状態を互いに異なる形態に制御する制御手段と
    を含む
    ことを特徴とする立体映像表示装置。
  14. 偏光軸が互いに異なる偏光からなる左眼用及び右眼用の映像を表示する表示画面を有する表示装置と、
    前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置と
    を含み、
    前記立体映像観察装置は、
    前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、予め決められたパターンで配置された、左眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第1の制御領域と、右眼用映像の偏光のみが透過可能な複数の第2の制御領域とからなる制御パネルと、
    前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、
    前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、
    前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の第2の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の第1の制御領域を遮光状態に制御する制御手段と
    を含む
    ことを特徴とする立体映像表示装置。
  15. 左眼用及び右眼用の映像を時分割で交互に表示する表示画面を有する表示装置と、
    前記表示装置により表示画面に表示された左眼用及び右眼用の映像を任意の観察者に立体画像として観察させる立体映像観察装置と
    を含み、
    前記立体映像観察装置は、
    前記表示画面と任意の観察者との間に設置されるとともに、光学的な動作状態を透光状態と遮光状態とに個別に制御可能な複数の制御領域からなる制御パネルと、
    前記制御パネルに対する任意の観察者の相対的な両眼位置を特定する位置特定手段と、
    前記制御パネルにおける、前記位置特定手段により特定された前記両眼位置に対応する左眼視界領域及び右眼視界領域を決定する領域決定手段と、
    前記表示画面における左眼用映像の表示タイミングに同期して、前記領域決定手段により決定された制御パネルの左眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御し、かつ前記領域決定手段により決定された制御パネルの右眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御するとともに、前記表示画面における右眼用映像の表示タイミングに同期して、前記制御パネルの前記左眼視界領域を構成する複数の制御領域を遮光状態に制御し、かつ前記制御パネルの前記右眼視界領域を構成する複数の制御領域を透光状態に制御する制御手段と
    を含む
    ことを特徴とする立体映像表示装置。
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