JP3544171B2 - 立体画像表示装置 - Google Patents

Description

【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１０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１０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１０−２３２３６７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１つの動力源を用いて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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、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１つの動力源を用いて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。
【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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、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１つの動力源を用いて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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、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１つの動力源を用いて同時に行う第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１つの動力源を用いて行う第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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、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１つの動力源を用いて同時に行う第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１つの動力源を用いて同時に行う第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ＣＣＤ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１１−８２４５５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１４２、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１３１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１５０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１１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）１４２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１６４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１４５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１４５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ＣＣＤ１１１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５３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５９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２３５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。

Claims (12)

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１つの動力源を用いて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. 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１記載の立体画像表示装置。
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１記載の立体画像表示装置。
4. 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３のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
5. 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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、
   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１つの動力源を用いて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。
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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、
   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１つの動力源を用いて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。
7. 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５又は請求項６に記載の立体画像表示装置。
8. 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５又は請求項６に記載の立体画像表示装置。
9. 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５乃至請求項８のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
10. 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顔面輪郭の割合を求める部位比率算出手段と、
    前記顔面輪郭の割合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９のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
11. 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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、
    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１つの動力源を用いて同時に行う第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１つの動力源を用いて行う第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。
12. 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、合焦用レンズを前後に移動することで合焦する撮像手段と、
    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１つの動力源を用いて同時に行う第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１つの動力源を用いて同時に行う第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。

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