JPWO2010098159A1

JPWO2010098159A1 - 立体表示装置

Info

Publication number: JPWO2010098159A1
Application number: JP2011501532A
Authority: JP
Inventors: 篤山中; 滋千葉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2012-08-30
Also published as: WO2010098159A1

Abstract

ジェームズ・ギブソンが提唱する知覚心理学的な要素に着目し、立体再生像の飛び出し感が高く高臨場感のある立体表示装置を提供する。立体表示装置１００は、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２の各々の端辺部同士がヒンジ機構１０３で接続されて成り、ヒンジ機構１０３から折り曲げることにより、少なくとも、二つの立体表示パネル１０１，１０２の成す角度αが、９０°以上の所定の角度から、下側の第二の立体表示パネル１０２を上側の第一の立体表示パネル１０１で覆う角度、の範囲で可変であると共に、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２により、一つの立体映像が、下側の第二の立体表示パネル１０２上に再生されるよう立体表示を行う。

Description

本発明は、高い臨場感を実現するための立体表示装置に関する。

近年、大画面テレビの普及と高精細デジタル放送の開始で、二次元映像では、家庭で大画面高精細映像を楽しめる環境が整ってきた。一方、次世代映像システムとして、立体表示の高臨場感映像システムへの期待が高まってきている。

図９（Ａ）は、従来例の立体ディスプレイ１０００の外観を示す図で、図示するように、立体ディスプレイ１０００は、前側に表示面を有する立体表示パネル１００１を支持機構１００２で支持して成る。通常、立体ディスプレイ１０００は、略水平な面に設置され、立体表示パネル１００１の表示面の法線方向が水平方向を中心に微調整できるように設計されている。
この立体表示パネル１００１に用いられる方式には、観察者が専用メガネを掛ける必要のあるメガネ有り方式と、専用メガネが不要のメガネ無し方式があり、さらに、メガネ無し方式には、視差バリア方式と、レンチキュラレンズ方式がある。

図９（Ｂ）は、視差バリア方式の原理図を示している。ディスプレイ１００３は、画素構造を持っており、画素を縦列毎に、２グループに分け、一方に右眼用の映像を表示し、他方に左眼用の映像を表示する。ディスプレイ１００３の前面には、視差バリア１００４が配置されている。視差バリア１００４は、画素の縦列のピッチと略同じピッチで、光を透過する部分１００４ａと、不透過な部分１００４ｂが繰り返され、縦縞模様状に見える光学フィルムである。

ディスプレイ１００３の表示面と、視差バリア１００４の間には、通常ガラス基板が存在し、一定の間隔を持つ配置となっている。そのため、図９（Ｂ）のように、透過部分１００４ａを左右の各眼用の画素グループの間に配置すると、右眼用の画素グループのみが見える領域と、左眼用の画素グループのみが見える領域を作ることができる。従って、各一方の画素グループのみが見える領域の間隔を眼の幅に合わせることで、観察者の左右の各眼に、右眼用と左眼用の映像を独立して提示することができるので、観察者の視覚に立体感を生じさせることができる。
視差バリア方式以外の方法でも、観察者の左右の眼に独立した映像を提示することで、観察者の視覚に立体感を生じさせる原理は同様である。

上記のように左右の各映像を観察者の眼に提示した場合、立体再生像が生じる位置について説明する。
図１０において、立体表示パネル１００１に右眼用画像１００５と、左眼用画像１００６が表示されており、右眼用画像１００５が左眼用画像１００６より画面に向かって左側に表示している状態を示している。この場合、観察者の左右各眼１００７，１００８が、立体表示パネル１００１上の対応する映像のみを見える位置にある条件では、図中、矢印で示す光路を通り、観察者の各眼に映像が伝達されることになる。
すると、観察者の視覚は、類似する左右の映像がある場合、これらを一体の立体物からの光線として認識するので、原理的には、立体ディスプレイ１０００の手前に立体再生像１００９があるように知覚されることになる。

特開２００５−１０２１９８号公報

ジェームズ・ギブソン著、「生態学的視覚論―ヒトの知覚世界を探る」、サイエンス社、１９８６年３月発行

しかし、実際には、上記従来例のような構成の立体表示装置において、立体の再生像を、手前に形成するように設計し、表示しても、再生像が立体表示装置内部あるいは、表面付近に留まり、必ずしも手前まで飛び出してくる印象を与えられないことがあった。
この問題点を解決する上で、重要な知覚心理学上の知見として、ギブソンの空間知覚における地面説がある（非特許文献１参照）。この説によると「自然空間内にある様々な対象は、それが置かれた地面との間で知覚的に構造化さているとともに、それらは相互に関連し合って存在している」と考え、特に奥行知覚においては、「観察者と対象の間に存在する連続した面が重要な規定要因である」と指摘している。

本発明は、上述のジェームズ・ギブソンが提唱する知覚心理学的な要素に着目し、立体再生像の飛び出し感が高く高臨場感のある立体表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、立体表示装置であって、二つの立体表示パネルの各々の端辺部同士がヒンジ機構で接続されて成り、少なくとも、前記二つの立体表示パネルの成す角度が、９０°以上の所定の角度から、下側の前記立体表示パネルを上側の前記立体表示パネルで覆う角度、の範囲で可変であるとともに、前記二つの立体表示パネルにより、一つの立体映像が、前記下側の立体表示パネル上に再生されるよう立体表示を行うことを特徴としたものである。

本発明の第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記下側の立体表示パネルが、前記ヒンジ機構と反対側の端部に、表示面が平面で形成された平面表示部を有し、前記ヒンジ機構側の端部に、表示面が、前記平面表示部の表示面と連続すると共に該平面表示部の表示面から反り上がる曲面状に形成された曲面表示部を有することを特徴としたものである。

本発明の第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記二つの立体表示パネルの成す角度を検出する角度センサと、該角度センサでの検出結果に基づき、前記立体表示に用いられるデータを生成する立体映像生成部と、を有することを特徴としたものである。

本発明によれば、水平方向（地面方向）にも立体表示パネルを設けたため、立体再生像の飛び出し感すなわち臨場感を増強するのに必須な地面方向の立体映像を表示することができる。また、二つの立体表示パネルの間にヒンジ部を設けているため、不使用時に、当該ヒンジ部から曲げて折り畳むこと可能であるので、収納と運搬が容易である。

実施形態１の立体表示装置の一例の外観を示す図である。図１の立体表示装置の二つの立体表示パネルの成す角度を可変としたことを説明する図である。実施形態１で表示される立体再生像を説明する図である。実施形態２の立体表示装置の一例を説明する図である。実施形態３の立体表示装置の構成例を説明する図である。図５の立体映像生成部１０７で想定している、立体表示装置を基準とした観察者の視点位置を説明する図である。図５の立体表示装置４００で表示される立体像の一例を示す図である。図５の立体表示装置４００で表示される立体像の他の例を示す図である。従来の立体ディスプレイの外観と表示方式を説明する図である。従来の立体ディスプレイで表示される立体再生像の位置を説明する図である。従来の立体ディスプレイで表示される立体再生像を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の立体表示装置に係る好適な実施形態について詳細に説明する。

＜実施形態１＞
従来の立体表示装置の映像表示部分は、通常、１枚の平面であり、観察者は、表示面に対して略法線方向から観察していた。図１１は、従来の立体表示装置において、表示面より手前に立体再生像を飛び出させて表示した状況を示している。図１０を用いて説明したように、左右眼用の映像１００５，１００６を表示し、その画面上でのずれの長さ（視差量）を、観察者の眼１００７，１００８の位置と左右眼の幅から計算して設定すれば、幾何学的関係から、理論上は、立体再生像１００９の位置を立体表示装置と眼の間の任意の位置に再生することが可能である。

しかし、実際に立体表示装置を製作し、上記のように視差量を計算して左右眼用の映像を表示しても、計算された再生像の位置に飛び出して存在するように知覚されないことがあった。
この原因は、ヒトの空間知覚の特性にあると考えられている。実際、観察者から見て、立体再生像は図１１のように見えるが、この立体再生像１０１０は、当然、観察者から見て立体表示装置の画面を見込む視野内にしか表示できないため、必然的に空中に浮かんでいる立体再生像しか表示できない。

ここで、ヒトの空間知覚で著名な研究者であるジェームズ・ギブソンが非特許文献１の著書「生態学的視覚論」で展開した地面説によると、ヒトの空間知覚においては、「観察者と対象の間に存在する連続した面が重要な規定要因であり」、「自然空間内にある様々な対象は、それが置かれた地面との間で知覚的に構造化されて理解される。」と指摘している。

従って、図１１に示した従来の立体表示装置が作る立体再生像では、観察者から立体再生像までの地面のつながりが断絶されているため、立体再生像が幾何光学的に表示されているはずの場所に、立体再生像が実在するように感じられない結果になるものと理解できる。

本発明は、このような従来方式の課題をヒトの空間知覚特性の理解に基づいて解決するためになされたものであり、例えば、図１に示すような構成を持つものである。

図１は、実施形態１の立体表示装置の一例を示す外観図である。同図において、立体表示装置１００は、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２を備える。本実施形態では、両パネル１０１，１０２の表示面は平面となっている。立体表示装置１００は、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２の各々の端辺部同士がヒンジ機構１０３で接続されて成る。このヒンジ機構１０３により、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２の成す角度（双方の表示面の成す角度）αが、例えば、０°（双方の表示面の法線方向が平行かつ逆方向である角度）〜１８０°（上記法線方向が平行かつ同方向である角度）の範囲で可変となっている。第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２には、視差バリア方式を用いるものとする。

この立体表示装置１００は、第一及び第二の立体表示パネル１０１，１０２の成す角度αが所定の角度である使用状態において、例えば、図２（Ａ）に示すように、角度αが９０°である状態において、第一の立体表示パネル１０１に加えて下側に配される第二の立体表示パネル１０２にも画像を表示し、観察者から見て、第二の立体表示パネル１０２上に一つの立体映像が再生されるようにする。それによって、後述するように、立体再生映像の飛び出し感を高め臨場感を高めることができる。なお、立体表示装置１００の使用状態において想定される角度αは、９０°に限られず、図２（Ｂ）に示すように、９０°より大きくてもよい。

また、立体表示装置１００は、不使用時に、ヒンジ機構１０３から曲げることにより、図２（Ｃ）に示すように、第二の立体表示パネル１０２の上に第一の立体表示パネル１０１を重ねることができる。そのため、収納と運搬が容易となる。これは、家庭用及びオフィス用のポータブルな装置を実現する上での必須の効果である。

次に、本実施形態１の立体表示装置１００と上述した従来の立体表示パネルの機能の違いについて説明する。

本実施形態１の立体表示装置１００では、上下２枚の立体表示パネル１０１，１０２を備えているため、その各々に連続的な左右眼用映像を連動して表示することにより、図３（Ａ）に示すように地面まで接続した立体再生像２０１を表示できる。また、観察者から見ると立体表示装置１００には図３（Ｂ）の立体再生像２０２のように表示されている。

観察者からは、観察者の立っている位置から、例えば床面を通って立体表示装置１００が置かれている机を通り、さらに下側の立体表示パネル１０２に繋がり、その上に立体再生像２０１が再生されるので、ジェームズ・ギブソンの地面説が指摘する「観察者と対象の間に存在する連続した面」が確立される。その結果、図３（Ａ），（Ｂ）に示す立体再生像２０１，２０２が、あたかも下側の立体表示パネル１０２上に実在するかのようにリアリティをもって感覚されるようになる。
以上のように、本実施形態１により、従来課題であった、立体再生像の手前への飛び出し効果の低減を、解決することができ、高い臨場感を実現することができる。

＜実施形態２＞
図４は、実施形態２の立体表示装置の一例を示す外観図である。図４（Ａ）に示す立体表示装置３００は、図１の立体表示装置１００と、下側の第二の立体表示パネル１０２’の構成が異なるものである。具体的には、下側の第二の立体表示パネル１０２’が、ヒンジ機構１０３と反対側に、表示面が平面である平面立体表示部１０４を有し、ヒンジ機構１０３側に、曲面立体表示部１０５を有する。曲面立体表示部１０５は、その表示面が、平面立体表示部１０４の表示面と連続すると共にその平面立体表示部１０４の表示面から反り上がる曲面状に形成されたものであり、ヒンジ機構１０３を介して、第一の立体表示パネル１０１と接続される。平面立体表示部１０４及び曲面立体表示部１０５はそれぞれ、例えば、一つの立体表示パネルで構成できる。

このような第二の立体表示パネル１０２’を備えることで、立体表示装置３００では、第二の立体表示パネル１０２’ の表示面であって第一の立体表示パネル１０１との接続部分に近い部分が曲面となっているため、以下の効果がある。すなわち、図１の実施形態の構成において、第一の立体表示パネル１０１と第二の立体表示パネル１０２の境界が観察者に知覚されることで起こり得る立体再生像（立体虚像）のリアリティの損失を、上記接続部分の表示面を曲面として穏やかな変化にすることで防止し、立体再生像のリアリティを最大限引き出すことができる。

また、本立体表示装置３００でも、不使用時に、ヒンジ機構１０３から曲げることにより、図４（Ｂ）に示すように、第二の立体表示パネル１０２’の上に第一の立体表示パネル１０１を重ねることができる。そのため、収納と運搬が容易である。

＜実施形態３＞
図５は、実施形態３の立体表示装置の一例を説明する図である。図５（Ａ）に示す立体表示装置４００は、図１の立体表示装置１００の構成に、次の二つの要素を設けたものである。
（ａ）第一と第二の立体表示パネル１０１，１０２（の表示面）の成す角度を検出する表示面角度センサ１０６。
（ｂ）表示面角度センサ１０６からの出力を読み込んで、第一と第二の立体表示パネル１０１，１０２の成す角度に適合した立体映像を生成し、第一と第二の立体表示パネル１０１，１０２に対して立体映像信号を出力する立体映像生成部１０７。

表示面角度センサ１０６は、例えば、図１のヒンジ機構１０３に内蔵されている。
立体映像生成部１０７は、例えば、立体映像生成で良く知られた以下の手順に従って動作する。
（１）まず３次元座標系を用意し、その中に表示したいＣＧモデルあるいは、実写から算出した対象データ列を準備する。
（２）続いて仮想カメラ位置と、対象データ列を投影するための仮想スクリーンの位置・形状を設定する。
（３）そして、仮想カメラ位置を基準点として、対象データを仮想スクリーン上に射影して２次元映像を得る。

本例では、立体表示方式として、２眼式の視差バリア方式を使用するため、立体映像生成部１０７における仮想カメラは、人の眼間距離（例えば、６５ｍｍ）だけ離して置いた仮想ステレオカメラとなる。また、立体映像生成部１０７により得られる２次元映像は、仮想ステレオカメラの左右の仮想カメラに対応して、１組２枚の映像となる。

また、上述の仮想カメラ位置は、観察者の視点位置を想定し、その視点の座標に対応するよう設定される。視点位置は、予め保持した設定値に基づき定めることができる。例えば、第一の立体表示パネル１０１が、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、観察者から第一の立体ディスプレイ１０１の上端と視線との角度βが垂直に調整された上で使用されることを前提とし、第一の立体表示パネル１０１の上端と観察者の眼の距離Ｌ（例えば、ユーザービリティ実験で決まる５０ｃｍ）を定めると、立体表示パネル１０１を基準として、視点の座標が定まる。これに基づき、仮想カメラ位置を設定できる。

また、通常は、上述の仮想スクリーンを平面で定義（設定）するが、本実施形態では、立体映像生成部１０７は、表示面角度センサ１０６のデータに基づき、第一の立体表示パネル１０１と、第二の立体表示パネル１０２とから成る折れ曲がった面として仮想スクリーンを設定する。この折れ曲がった仮想スクリーンに基づき、立体表示装置４００に表示する為の２次元映像の組が算出される。
以上の手順により、視聴者が、視点の移動に伴い、第一の立体表示パネル１０１を傾け、第二の立体表示パネル１０２とのなす角度αを変化させた場合に、一定の位置に安定した立体再生像を提供できる。

第一の立体表示パネル１０１と第二の立体表示パネル１０２との角度αが９０°、１１０°のときに、両立体表示パネル１０１，１０２により再生される立体像の例と、その場合において立体表示装置４００全体の観察者に認識される立体像の例を図７及び図８に示す。

上記角度αが９０°の場合には、立体表示装置４００は、第一の立体表示パネル１０１により図７（Ａ）の立体像Ｔ１を再生させ、第二の立体表示パネル１０２により、図７（Ｂ）の立体像Ｔ２を再生させる。このとき、第一の立体表示パネル１０１の上端との角度βが９０°であり距離Ｌが設定距離（５０ｃｍ）の位置を視点位置とした観察者には、図７（Ｃ）のように、床面から立ち上がり、表示面からの飛び出し効果が大きい立体再生映像Ｔ３が表示されることになる。

上記角度αが１１０°の場合には、立体表示装置４００は、第一の立体表示パネル１０１により図８（Ａ）の立体像Ｔ４を再生させ、第二の立体表示パネル１０２により、図８（Ｂ）の立体像Ｔ５を再生させる。このとき、第一の立体表示パネル１０１の上端との角度βが１１０°であり距離Ｌが設定距離（５０ｃｍ）の位置を視点位置とした観察者には、図８（Ｃ）のように、飛び出し効果が大きく、図７（Ｃ）のときより上方から見たような立体再生映像Ｔ６が表示されることになる。

上述の例では、立体表示用のデータの計算に用いる観察者の視点位置すなわち仮想カメラ位置は予め保持していた設定値に基づき設定していたが、観察者の実際の位置を検出する装置（第一の立体表示パネル１０１からの距離と方向を追尾するセンサーシステム）を追加して、当該装置による検出結果に基づいて設定してもよい。
また、本実施形態の発明は、図１の立体表示装置１００だけでなく、図４の立体表示装置３００にも適用できる。この場合は、表示面の形状が、図１のものと異なるので、これに対応するよう仮想スクリーンを設定すればよい。

以上では、立体表示パネルに、視差バリア方式を用いたが、用途に応じて、背景技術で説明した他の方式を用いることもできる。
また、上述の３種の実施形態は、性能、コスト、および、他の部材との整合性などの要求仕様により選択することができる。

本発明の立体表示装置は、ＣＧゲームのプレイ、３Ｄフォト・ムービーの鑑賞、シミュレーション結果の３Ｄビジュアライゼーション、３Ｄプレゼンテーション、３Ｄデジタルサイネージあるいは、立体テレビ放送の視聴に利用可能である。

１００，３００，４００…立体表示装置、１０１…第一の立体表示パネル、１０２，１０２’…第二の立体表示パネル、１０３…ヒンジ機構、１０４…平面立体表示部、１０５…曲面立体表示部、１０６…表示面角度センサ、１０７…立体映像生成部。

【０００３】
［０００９］
しかし、実際には、上記従来例のような構成の立体表示装置において、立体の再生像を、手前に形成するように設計し、表示しても、再生像が立体表示装置内部あるいは、表面付近に留まり、必ずしも手前まで飛び出してくる印象を与えられないことがあった。
この問題点を解決する上で、重要な知覚心理学上の知見として、ギブソンの空間知覚における地面説がある（非特許文献１参照）。この説によると「自然空間内にある様々な対象は、それが置かれた地面との間で知覚的に構造化さているとともに、それらは相互に関連し合って存在している」と考え、特に奥行知覚においては、「観察者と対象の間に存在する連続した面が重要な規定要因である」と指摘している。
［００１０］
本発明は、上述のジェームズ・ギブソンが提唱する知覚心理学的な要素に着目し、立体再生像の飛び出し感が高く高臨場感のある立体表示装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１１］
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、立体表示装置であって、二つの立体表示パネルの各々の端辺部同士がヒンジ機構で接続されて成り、少なくとも、前記二つの立体表示パネルの成す角度が、９０°以上の所定の角度から、下側の前記立体表示パネルを上側の前記立体表示パネルで覆う角度、の範囲で可変であるとともに、前記二つの立体表示パネルにより、一つの立体映像が、前記下側の立体表示パネル上に再生されるよう立体表示を行い、前記下側の立体表示パネルは、前記ヒンジ機構と反対側の端部に、表示面が平面で形成された平面表示部を有し、前記ヒンジ機構側の端部に、表示面が、前記平面表示部の表示面と連続すると共に該平面表示部の表示面から反り上がる曲面状に形成された曲面表示部を有することを特徴としたものである。
［００１２］
［００１３］
本発明の第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記二つの立体表示パネルの成す角度を検出する角度センサと、該角度センサでの検

Claims

二つの立体表示パネルの各々の端辺部同士がヒンジ機構で接続されて成るものであり、少なくとも、前記二つの立体表示パネルの成す角度が、９０°以上の所定の角度から、下側の前記立体表示パネルを上側の前記立体表示パネルで覆う角度、の範囲で可変であるとともに、前記二つの立体表示パネルにより、一つの立体映像が、前記下側の立体表示パネル上に再生されるよう立体表示を行うことを特徴とする立体表示装置。
前記下側の立体表示パネルは、前記ヒンジ機構と反対側の端部に、表示面が平面で形成された平面表示部を有し、前記ヒンジ機構側の端部に、表示面が、前記平面表示部の表示面と連続すると共に該平面表示部の表示面から反り上がる曲面状に形成された曲面表示部を有することを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
前記二つの立体表示パネルの成す角度を検出する角度センサと、
該角度センサでの検出結果に基づき、前記立体表示に用いられるデータを生成する立体映像生成部と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の立体表示装置。