JP2999919B2 - 視点追従型立体表示装置 - Google Patents

視点追従型立体表示装置

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JP2999919B2 JP6104161A JP10416194A JP2999919B2 JP 2999919 B2 JP2999919 B2 JP 2999919B2 JP 6104161 A JP6104161 A JP 6104161A JP 10416194 A JP10416194 A JP 10416194A JP 2999919 B2 JP2999919 B2 JP 2999919B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、視点追従型立体表示装
置に係り、特に、小型化及びコンパクト化を図れるよう
にした視点追従型立体表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】いわゆる、眼鏡無し立体表示装置はレン
チキュラレンズを画面の観察側に配置するレンチキュラ
方式のものと、パララックスバリアを画面の観察側に配
置するパララックス方式とに大別されており、いずれの
方式でも立体視が可能な領域(以下、立体視域という)
が一定の範囲に限定されることが知られている。
【0003】即ち、レンチキュラ方式の場合には、例え
ば図1の平面図に示すように、左眼用のプロジェクタ1
01Lと右眼用のプロジェクタ101Rを入射側のレン
チキュラレンズ102で拡散板からなる画面103に左
右の画像に分離して結像させ、出射側のレンチキュラレ
ンズ104によって観察者Pの両眼にそれぞれ左眼用の
画像と右眼用の画像とを結像させるようにしている。こ
のため、プロジェクタ101L・101R、入射側レン
チキュラレンズ102、画面103及び出射側レンチキ
ュラレンズ104の位置によって立体視が得られる理想
的な観察者Pの視点の位置が決まり、その視覚的に誤差
が無視される範囲内に立体視域が限定されることにな
る。
【0004】しかし、立体表示装置が利用される観察領
域は立体表示装置を基準にして設計されることは稀であ
り、むしろ立体表示装置が設置される観察領域に対応し
て立体表示装置の立体視域を調整ないし拡大することが
望まれている。
【0005】この要請に応えるべく、例えば特開平5−
241099号公報(G02B 27/22)に開示さ
れているように、観察者の位置を検出して、画像が形成
される拡散板あるいは透明板の両面にレンチキュラレン
ズを設けた表示スクリーンの背後に設けられる立体表示
用プロジェクタを移動させることにより立体表示領域を
画面から遠近方向及び画面に平行な方向に拡大する技術
が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術によれば、観察者の位置に対応してプロジェクタ
を移動させために大きな空間を確保する必要があるので
大型化するという問題がある。
【0007】本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
のであり、小型化及びコンパクト化を図れるようにした
視点追従型立体表示装置を提供することを目的とするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る視点追従型
立体表示装置は、上記目的を達成するため、画像形成面
と、この画像形成面の入射側と出射側との両側に配置さ
れた1対のレンチキュラレンズと、観察者の視点を検出
する検出手段と、この検出手段の検出値に対応して各レ
ンチキュラレンズの位置を調整する調整装置とを備える
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明においては、2枚のレンチキュラレンズ
のうち、出射側のレンチキュラレンズを画像形成面及び
入射側のレンチキュラレンズに対して光軸方向に移動さ
せると出射側のレンチキュラレンズのピント面が光軸方
向に移動し、光軸方向の画面から観察者の視点までの距
離(以下、観察距離という。)が変化する。
【0010】又、2枚のレンチキュラレンズの一方又は
両方を画面に平行な水平方向に移動させると、光軸が水
平方向に振られて観察位置を左右方向に移動させること
ができる。
【0011】更に、2枚のレンチキュラレンズを互いに
反対方向に同じ量だけ移動させると、眼間距離を大きく
したり、小さくしたりすることができる。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例に係る視点追従型立体表示
装置を図面に基づいて具体的に説明すれば、以下の通り
である。
【0013】図2の構成図に示すように、この立体表示
装置は、画像形成面としての拡散板1と、この拡散板1
の入射側と出射側との両側に配置された1対のレンチキ
ュラレンズ2・3と、観察者Pの視点Eを検出する検出
手段4と、この検出手段4の検出値に対応して各レンチ
キュラレンズ2・3の位置を調整する調整装置5とを備
えている。
【0014】上記両レンチキュラレンズ2・3は垂直方
向に伸びる多数の蒲鉾型レンズを水平方向に連続させた
ものであり、レンズピッチ、水平方向の幅、及び拡散板
1からの距離は等しくしている。また、両レンチキュラ
レンズ2・3はそれぞれ光軸方向、即ち、拡散板1の面
に直角の方向と拡散板1の面に平行な水平方向とに移動
可能に設けられる。
【0015】上記検出手段4は、観察者Pの視点の位置
を検出できるように構成してあればよく、例えば観察者
Pに所持させるソースコイル41と、出射側レンチキュ
ラレンズ3の周囲に配置されるセンサコイル42と、セ
ンサコイル42の出力に基づいて観察者Pの位置、即
ち、観察距離と、左右位置とを検出する位置情報検出器
43と、観察者Pを撮像するカメラ44と、このカメラ
44の出力に基づいて観察者Pの眼間距離を検出する眼
間情報検出器45とを備える。
【0016】上記調整装置5は、位置情報検出器43の
出力及び眼間距離検出器45の出力に基づいて上記各レ
ンチキュラレンズ2・3の光軸方向(x軸方向)及び拡
散板1の面に平行な水平方向(y方向)への移動量を演
算するxy眼間情報演算器51と、このxy眼間情報演
算器51の出力に従ってxyドライバー52を介して各
レンチキュラレンズ2・3をそれぞれx軸方向に往復駆
動するx軸駆動装置53・54と、上記xy眼間情報演
算器51の出力に従ってxyドライバー52を介して各
レンチキュラレンズ2・3をそれぞれy軸方向に駆動す
るy軸駆動装置55・56とを備えている。
【0017】なお、上記x軸駆動装置53・54は、対
応するレンチキュラレンズ2・3をx軸方向に往復駆動
できるように構成してあればよく、例えばレンチキュラ
レンズ2・3の端縁に固定したラックと、このラックに
噛み合うスクリューと、このスクリューを往復回転駆動
するモータとで構成することができる。又、y軸駆動装
置55・56は、対応するレンチキュラレンズ2・3を
y軸方向に往復駆動できるように構成してあればよく、
例えばx軸駆動装置53・54と同様にレンチキュラレ
ンズ2・3の端縁に固定したラックと、このラックに噛
み合うスクリューと、このスクリューを往復回転駆動す
るモータとで構成することができる。次に、この視点追
従型立体表示装置の動作について説明するが、この説明
を簡単にするために図3に示す符号を用いることにす
る。
【0018】図3において、L1 は投射距離(プロジェ
クタ6と入射側レンチキュラレンズ2との距離)、L2
は観察距離(出射側レンチキュラレンズと視点との距
離)、t1 は入射側レンチキュラレンズ2の厚さ、t2
は出射側レンチキュラレンズ3の厚さ、h1 は入射側レ
ンチキュラレンズ2の中心と最周辺レンズの光軸との距
離、h2 は出射側レンチキュラレンズ2の中心と最周辺
レンズの光軸との距離、w は拡散板1の画面横幅の1
/2 a はレンチキュラレンズの光軸と拡散板1上でのスト
ライプとの間隔、A はレンチキュラレンズの光軸と視
点との距離、d は拡散板1上でのストライプの左右間
隔、D は眼間距離をそれぞれ示している。
【0019】今、図4に示す標準位置に位置する観察者
Pが図5に示すように光軸方向(x軸方向)に画面に近
づいたとすると、検出手段4が観察者Pの移動後の観察
距離L2'を検出し、この検出結果に基づいてxy眼間情
報演算器51がxyドライバー52を介してx軸駆動装
置54で出射側レンチキュラレンズ3をその厚さが薄く
なるようにX方向に駆動する。又、観察者Pが図6に示
すように光軸方向(x方向)に画面から遠ざかったとす
ると、検出手段4が観察者Pの移動後の観察距離L2'を
検出し、この検出結果に基づいてxy眼間情報演算器5
1がxyドライバー52を介してx軸駆動装置54で出
射側レンチキュラレンズ3をその厚さが厚くなるように
X方向に駆動する。
【0020】つまり、図3に示すように、観察距離L2
は次の数式1で表され、この数式の出射側レンチキュラ
レンズ3の厚さt2 をΔt2 変化させることにより、観
察距離L2 を数式2で示す移動後の観察距離L2'にする
ことができる。
【0021】
【数1】
【0022】
【数2】
【0023】観察距離の変化量をΔL2 とすれば、レン
チキュラレンズ3の厚さ変化は数式3で表され、光学的
にはw≒h2 +aと考えて支障ないので、結局、レンチ
キュラレンズ3の観察距離の変化量ΔL2 に対する厚さ
変化は近似的に数式4で表すことができる。
【0024】
【数3】
【0025】
【数4】
【0026】又、この場合、眼間距離D(=2A)は数
式5で表され、出射側レンチキュラレンズの移動とは関
係ないことが分かる。
【0027】
【数5】
【0028】なお、ここでは、出射側のレンチキュラレ
ンズ3を移動させて観察距離を調整しているが、入射側
のレンチキュラレンズ2を移動させて観察距離を調整し
たり、両側のレンチキュラレンズ2・3を移動させて観
察距離を調整することも可能である。
【0029】次に、観察者Pが図4に示す標準位置から
図7あるいは図8に示すように、画面に平行に水平方向
に移動した場合には、図3に示すレンチキュラレンズの
光軸と視点との距離Aが変化することになるが、この場
合に、例えば出射側レンチキュラレンズ3を数式6が成
立するようにy軸方向に移動させれば、観察距離L2
び出射側レンチキュラレンズ3の厚さt2 を変化させる
ことなく観察者Pの移動先に立体視域を移動させること
ができる。
【0030】
【数6】
【0031】なお、ここでは出射側のレンチキュラレン
ズ3を移動させて立体視域の左右方向の位置を調整して
いるが、入射側のレンチキュラレンズ2を移動させて立
体視域の左右方向の位置を調整したり、両側のレンチキ
ュラレンズ2・3を移動させて立体視域の左右方向の位
置を調整することも可能である。
【0032】次に、数式5のうちの拡散板1上でのスト
ライプの左右間隔d及び入射側レンチキュラレンズ2の
中心と最周辺レンズの光軸との距離h1 =出射側レンチ
キュラレンズ2の中心と最周辺レンズの光軸との距離h
2 は一定であるが、拡散板1の画面横幅2wは変化させ
ることができる。
【0033】即ち入射側では上記数式1に対応する次の
数式7が成立ち、この数式7から数式8が導かれる。
【0034】
【数7】
【0035】
【数8】
【0036】数式8は投射距離L1 及び入射側レンチキ
ュラレンズ2の中心と最周辺レンズの光軸との距離h1
が一定であれば、入射側レンチキュラレンズ2の厚さt
1 を図9に示す標準位置から図10に示すように厚くし
たり、図11に示すように薄くしたりすると拡散板1の
画面横幅2wが変化することを示している。
【0037】例えば入射側レンチキュラレンズ2の厚さ
がt1 からt1 +Δt1 だけ増大したときの画面横幅の
1/2であるw’は数式9で表される。このw’を数式
5のwに代入した時の眼間距離D2'は数式10に示すよ
うに入射側レンチキュラレンズ2の厚さがt1 の場合の
眼間距離眼間距離D2 よりも小さくなる。
【0038】
【数9】
【0039】
【数10】
【0040】ここで、数式1のw、h2 及びt2 と数式
7のw、h1 及びt1 がそれぞれ等しいのでL1 =L2
となり、上記のように投射距離L1 は一定としているの
で、観察距離L2 も一定であり、観察距離L2 を変化さ
せることなく眼間距離を調整できることになる。
【0041】つまり、眼間情報検出器45によって検出
された観察者Pの眼間距離と一致するように両側のレン
チキュラレンズ2・3の厚さt1 及びt2 の厚さを調整
すればよく、この為に、2つのx軸駆動装置53・54
を同時に逆方向に同量だけ作動させることにより、両側
のレンチキュラレンズ2・3の位置を互いに反対方向に
同量だけ調整するようにしているのである。
【0042】そして、このように眼間距離の調整をする
ことにより、大人と子供が同時に同じ立体画像を鑑賞で
きるようになる。
【0043】上記の観察距離L2 の調整、観察位置の左
右方向の位置調整及び眼間距離の調整は、別々に処理し
てもよく、又同時並行して処理してもよい。
【0044】このように、この視点追従型立体表示装置
は、観察者の視点の位置に追従して立体視域の位置、即
ち、観察距離L2 の調整、観察位置の左右方向の位置調
整及び眼間距離の調整ができるので、観察領域内の任意
の位置に設置して、眼間距離が異なる複数の人が同時に
あるいは別々に任意の位置及び方向から立体視すること
ができる。
【0045】複数の観察者が異なる位置で観察する場合
には、上記複数個のソースコイル41を設けて複数の観
察者の位置を時分割的に検出し、時分割的に両レンチキ
ュラレンズ2・3の位置を調整して各観察者に最適の立
体視域及び眼間距離を設定すればよい。
【0046】そして、観察者の視点の移動に迅速に応答
させることにより、ゲーム機器やフライトトレーニング
などのシュミレーション装置など、操作によって画面と
視点の位置が変化する体感マシーンに適用することによ
り、臨場感ないし現実感の高い体験を与えることがで
き、しかも、複数の対戦者、教官と生徒など複数の観察
者に同時に臨場感ないし現実感の高い体験を与えること
ができるようになる。
【0047】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、画像形成面の両側のレンチキュラレンズの一方或い
は両方を画像形成面に直角方向及び/又は画像形成面に
平行な水平方向に移動させて観察距離、方位及び眼間距
離のうちの一つ以上を同時にあるいは順次に調整できる
ようにしているので、立体視域を拡大できると共に、ス
クリーン周辺の機構でレンチキュラレンズをわずかに移
動させればよく、プロジェクタを移動させる従来技術に
比べると小型にできるとともにコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例の説明図である。
【図2】本発明の構成図である。
【図3】本発明の原理説明に用いる符号の説明図であ
る。
【図4】標準状態の説明図である。
【図5】観察距離縮小時の説明図である。
【図6】観察距離拡大時の説明図である。
【図7】観察位置右移動時の説明図である。
【図8】観察位置右移動時の説明図である。
【図9】標準眼間距離時の説明図である。
【図10】眼間距離縮小時の説明図である。
【図11】眼間距離拡大時の説明図である。 1 拡散板 2 入射側レンチキュラレンズ 3 出射側レンチキュラレンズ 4 検出手段 5 調整手段 41 ソースコイル 42 センサコイル 43 位置情報検出器 44 カメラ 45 眼間情報検出器 51 xy眼間情報演算器 52 xyドライバー 53・54 x軸駆動装置 55・56 y軸駆動装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/22 G03B 35/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像形成面と、この画像形成面の入射側
    と出射側との両側に配置された1対のレンチキュラレン
    ズと、観察者の視点を検出する検出手段と、この検出手
    段の検出値に対応じて各レンチキュラレンズの位置を調
    整する調整装置とを備え、 上記両レンチキュラレンズが共に光軸方向に移動可能に
    配置され、上記調整装置に両レンチキュラレンズの位置
    を互いに反対方向に同量だけ調整する眼間距離調整部が
    設けられていることを特徴とする視点追従型立体表示装
    置。
  2. 【請求項2】 上記出射側のレンチキュラレンズが光軸
    方向に移動可能に配置され、上記調整装置にこの出射側
    のレンチキュラレンズの光軸方向の位置を調整する観察
    距離調整部が設けられることを特徴とする請求項1に記
    載の視点追従型立体表示装置。
  3. 【請求項3】 上記両レンチキュラレンズの一方又は両
    方が画像の水平方向に移動可能に配置され、上記調整装
    置に水平移動可能なレンチキュラレンズを水平方向の位
    置を調整する左右位置調整部が設けられることを特徴と
    する請求項1に記載の視点追従型立体表示装置。
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