WO2003047275A1 - Systeme d'image tridimensionnelle et procede de projection d'image tridimensionnelle - Google Patents

Description

明細書

立体画像システムおよび立体画像投影方法 技術分野

この発明は、 本発明はパーチャルリアリティといわれる仮想立体画像の表示分野 に関する。 背景技術

グラフィックコンピュータの急速な進歩に伴って仮想現実： Virtual Real i ty(VR )に関する技術も向上しつつある。 特に観察者の視点の移動を立体映像にフィード パックする技術については既に米国特許第 6， 1 5 4， 7 2 3号と、 日本の特許出 願特開平 9—2 3 7 3 5 3号ゃ特開平 7— 2 2 2 0 8 7号が公開されている。

米国特許第 6 , 1 5 4 , 7 2 3号は、 米国 ·シカゴのィリノィ大学電子視覚化研 究所において開発された C AV E (Cave Automatic Virtual Environment) であ る。 3 m立方程度の大きさの空間のうち、 観察者の前面、 左右の壁面、 及び底面の 各々の画像表面へプロジェク夕を用いて 2次元画像を表示することにより、 立体的 に画像を知覚させるものである。 このプロジェクタは、 立体画像を右目用と左目用 と交替に投影する。 一方、 観察者は液晶シャツタ付きの眼鏡をかけて右目用の立体 画像の投影時には、 眼鏡の右目の液晶シャツ夕が開放され、 左目用の立体画像の投 影時には、 眼鏡の左目の液晶シャツ夕が開放される仕組みを採用することで立体感 を持って観察者に視覚できるようになつている。 つまり、 液晶シャツ夕とプロジェ クタ画像が同期して開放される。 場合によっては、 眼鏡には位置センサが組込まれ、 観察者の位置座標が画像合成装置にフイードパックされて元画像データにマトリク ス演算を施して、 立体画像を生成するものである。

また、 特開平 9—2 3 7 3 5 3号では、 さらに眼鏡の位置座標に加えて観察者の 手等の身体部位に仮想体画像を表示することのできる立体画像システムおよびゲー ム装置について開示されている。

続いて、 特開平 7— 2 2 2 0 8 7号は、 複数のチューナからの信号をタイミング 発生器からの信号を元にビデオセレク夕で一つに選択して映像表示装置に表示して シャツ夕つき眼鏡で視聴するシステムが開示されている。

従来の立体映像システムでは、 左目用の画像と右目用の画像信号をデジタル信号 化してそのデジタルデータをフレームデータに蓄積して投影管に表示していた。 通 常、 立体映像の投影管で用いられる垂直同期信号は 1 2 0 H z程度ぐらいであるの で 1秒間に左目用画像を 6 0枚と右目用画像を 6 0枚づづ生成している。 このため に、 1秒間に 1 2 0枚の映像を一旦、 アナログ信号で生成し、 その後デジタル化し て合成しながら一つのフレームバッファに記録するため、 高速な AD回路を含む演 算装置と膨大な記憶装置を必要としている。 例えば、 特開平 7— 2 2 2 0 8 7号で は、 ビデオセレクタは、 複数のアナログデジタル変換器 (AD C ) と、 複数のビデ オメモリとマルチプレクサとデジタルアナログ変換器 （D A C) とこれらを制御し ている。 この中で、 フレームバッファとなるビデオメモリを活用するために A D C と D A Cを備える必要が生じている。 さらに、 ビデオメモリが複数個必要となるが、 ビデオメモリは高額であり、 複数となるとコストが嵩むという課題が生じる。 さら に、 特開平 7— 2 2 2 0 8 7号では、 ビデオセレクタの前に設けられるのはチュー ナであるためこれ以上のフレームバッファを使用しないが、 立体映像装置の場合に は、 チューナに代わりコンピュータが配置される。 このため、 そもそもコンビユー 夕の画面出力用にビデオメモリが必要となり、 ますます高額なビデオメモリを必要 となる。

また、 従来の立体映像装置の構成では、 例えば位置情報を検出して、 各面毎の立 体映像を生成するため高性能な演算器を必要としている。 さらに、 前記の通り表示 装置のために高性能な演算器と大容量の記憶装置を必要としている。 このため、 演 算システムとして大型コンピュータを複数台使用する必要があった。

さらに、 映像表示装置も 1 2 0 H zと映像表示装置にとって高速な垂直同期信号 で動作させるため高性能かつ大型の R G B装置とスクリーンが必要であった。 しか も、 各コンピュータや観察用眼鏡のタイミング制御が不均一で画像の品質としても 課題が生じていた。 これらの課題があいまって、 装置が大型化、 高性能化して高価 であった。

そして、 垂直同期信号にとって 1 2 0 H zは高速であるが、 立体映像において垂 直同期信号で左右の映像を同期させて交互に表示させる場合に、 左右の信号同士の 同期誤差は 1 0 0万分の 1 H z以上の精度まで高めて表示させる必要がある。 すな わち、 通常映像を表示する際、 頭だしは連続する映像では同期が不用であるが、 異 なる映像を交互に繰り返して表示するのに頭だしが重要となる。 この映像の頭だし 信号が一致させるために 1 0 0万分の 1 H z以上の精度が必要とされている。 この 精度の同期回路を設計することにも課題が生じていた。

従って、 本発明の目的は、 これらのコストと品質、 大きさの課題を解決するため に、 各画面毎及び左右の両眼用データ毎に表示する制御装置にパーソナルコンビュ —夕をそれぞれ採用することで、 小型化と低廉化とを行ない、 装置全体の信号周期 を正確に一致させるために、 システム全体を同期させる同期部を設け、 映像のそれ ぞれ左目用信号と右目用信号毎に合成させるために独自の電気回路とプログラムを ファームウェアとして設けて、 フレームパッファの数を必要最小限として制御装置 と組合わせるようにするものである。

ここで、 ファームウェアとは、 ソフトウェアとハードウェアから構成され、 特定 の目的に添って作成される電気回路とその制御プログラムから構成されるものであ る。

その上、 従来のスクリーンと投影機からなる構成の他に C R Tや薄型ディスプレ ィを採用し、 コストダウンと装置の小型化を計る。 そして、 眼鏡の左目シャツ夕と 右目シャツ夕の閉じるタイミングが、 反転した場合のために、 同期信号を反転させ るハードスィッチを設けることにより前記の課題解決を図る立体映像システムと方 法を提供することにある。 発明の開示

前記の課題を解決するため、 本発明に係る立体画像システムは、 観察者に仮想体 画像を立体的に認識させる立体画像システムであって、 左目用画像生成部と、 右目 用画像生成部と、 これらの両映像生成部と接続される画像合成部と、 画像合成部の 出力を描画する表示部と、 シャツ夕装置とを備えた眼鏡と、 前記両映像生成部と前 記画像合成部とを駆動する同期信号発生器とからなり、 前記同期信号発生器が前記 両映像生成部と、 前記画像合成部と、 前記眼鏡とに同期信号を入力して左目用画像 と右目用画像とを合成して前記表示部に同期させて表示すると共に、 シャツ夕装置 を備えた眼鏡のシャツタ開閉動作を同期信号に同期させることを特徴とする。

映像生成部は、 立体映像データから立体映像信号を演算する制御部と、 立体映像 信号からビデオ信号を生成する画像生成部とから構成されてもよく、 さらに映像生 成部は、 左目用画像生成部と右目用画像生成部とから構成されても良い。 さらに、 映像生成部は、 一つの制御部と左目用画像生成部と右目用画像生成部とから構成さ れても良い。

また、 画像生成部は、 さらに位相比較回路と前記位相比較回路に接続される V C O回路とグラフィックプロセッサ回路とを備えてもよく、 画像生成部は、 位相比較 回路と V C O回路とを結ぶ導線と接続される容量が接地され、 V c o回路の出力が 周波数分割回路と接続され、 周波数分割回路の出力が位相比較回路と接続されても よい。 さらに、 眼鏡は、 さらに位置センサが備わり、 前記位置センサからの情報を 制御する位置制御部と接続されてもよい。

表示部は、 更に複数設けてもよく、 複数設けられる表示部は、 互いにその端部を 隣接させて設けられても良く、 また、 複数設けられる表示部は、 各表示部の隣接す る端部が互いに接合するよう配置されても良く、 また複数設けられる表示部は、 同 一直線状に並べて設けられてもよい。 そして、 眼鏡のシャツ夕の開閉と映像生成部 の表示との設定が一致しない場合に、 開閉モードの切換えスィッチを設ける。 また、 表示部は、 C R Tまたはプラズマディスプレイまたは有機 E Lディスプレイまたは L E D集積型ディスプレイからなることもできる。

画像生成部は、 同期回路入力部を備えたファームウェアであってもよく、 位置セ ンサは、 マニュピレー夕に付属されてマニュビレー夕の変化を検出することもでき る。 マニュピレー夕として例えばジョイスティックやマウス装置、 3次元トラック ポール等で操作することができる。

また、 本発明に係る立体画像投影方法は、 観察者に仮想体画像を立体的に認識さ せる立体画像投影方法であって、 同期信号発生器が両映像生成部と画像合成部と眼 鏡とに同期信号を入力して左目用画像と右目用画像とを合成して前記表示部に同期 させて表示すると共に、 シャツ夕装置と位置センサとを備えた眼鏡のシャツ夕を同 期信号に同期させる。

さらに、 本発明に係る立体画像投影プログラムは、 観察者に仮想体画像を立体的 に認識させる立体画像投影プログラムであって、 同期信号発生器が両映像生成部と 画像合成部と眼鏡とに同期信号を入力して左目用画像と右目用画像とを合成して前 記表示部に同期させて表示すると共に、 シャツ夕装置と位置センサとを備えた眼鏡 のシャツ夕を同期信号に同期させる。

その上、 本発明に係る同期信号発生器は、 左目用画像生成部とお目用画像生成部 と画像合成部とを馬区動し、 前記同期信号発生器が前記両映像生成部と、 前記画像合 成部と、 前記眼鏡とに同期信号を入力して左目用画像と右目用画像とを合成して前 記表示部に同期させて表示すると共に、 シャツ夕装置と位置センサとを備えた眼鏡 のシャツ夕を同期信号に同期させる。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る立体映像システムを示す構成図、

図 2は、 本発明に係る立体映像投影方法を示す実施図、 図 3は、 本発明に係る立体画像システムの第 2の実施例の構成図、 図 4は、 本発明に係る立体画像システムの第 3の実施例の構成図、

図 5は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例における画像生成部 4の 構成図、

図 6は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例における画像生成部 4の 詳細な構成図、

図 7は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例の画像生成部 4における 動作波形図

図 8は、 本発明に係る立体映像投影方法を示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について図 1乃至図 8を参照して説明する。

図 1は、 本発明に係る立体画像システムの構成を説明するものであり、 図 2は実 際に立体画像を観察者が観察する様子を示すものである。

観察者 Aの正面が正面ディスプレイ 8であり、 観察者 Aの上面が上面ディスプレ ィ 2 0であり、 観察者 Aの側面が側面ディスプレイ 3 2である。 各ディスプレイと 電気的に接続されて映像信号を生成するのが画像合成部であり、 正面画像合成部 6 と、 上面画像合成部 1 8と、 側面画像合成部 3 0がそれぞれ正面ディスプレイ 8と， 上面ディスプレイ 2 0と、 側面ディスプレイ 3 2とにそれぞれ導線 7、 1 9 , 3 1 で接続される。

画像合成部は、 さらにそれぞれ左目用画像生成部と右目用画像生成部とに接続さ れる。 すなわち、 正面左目用画像生成部 4とが導線 5により、 正面右目用画像生成 部 1 2とが導線 1 3により、 正面画像合成部 6と接続され、 上面左目用画像生成部 1 6とが導線 1 7により、 上面右目用画像生成部 2 4とが導線 2 5により上面画像 合成部 1 8に接続され、 側面左目用画像生成部 2 8とが導線 2 9により側面右目用 画像生成部 3 6とが導線 3 7により側面画像合成部 3 0に接続される。 画像合成部 3 0には、 左目用シャツタ 4 4 1と右目用シャツ夕 4 4 rとへ送出する同期信号の 位相を切換えるスィッチが備えられ、 観察者 Aが、 立体映像を視聴する際に、 位相 ずれにより立体感を得られない場合に位相を反転させる機能を備える。

画像生成部は、 さらに制御部と接続される。 すなわち、 正面左目用画像生成部 4 は導線 3を介して正面左目用制御部 2と接続され、 正面右目用画像生成部 1 2は導 線 1 1を介して正面右目用制御部 1 0と接続される。 また、 上面左目用画像生成部 1 6は導線 1 5を介して上面左目用制御部 1 4と接続され、 上面お目用画像生成部 2 4は導線 2 3を介して上面右目用制御部 2 2と接続される。 さらに、 側面左目用 画像生成部 2 8は導線 2 7を介して側面左目用制御部 2 6と接続され、 側面右目用 画像生成部 3 6は導線 3 5を介して側面右目用制御部 3 4と接続される。

これらの各制御部 2、 1 0、 1 4、 2 2、 2 6、 3 4と位置制御部 4 0は、 互い にネットワークケ一ブル 4 1で接続される。

位置制御部 4 0は、 また、 観察者 Aのかける眼鏡 4 2に設けられる位置センサ 4 6と導線 4 7で接続される。 さらに、 位置制御部 4 0は、 立体映像データ記憶装置 4 8と導線 4 9で接続される。

観察者 Aのかける眼鏡 4 2は、 また、 各レンズにシャツ夕 4 4が設けられており このシャツ夕 4 4を導線 4 5を介して駆動するのが同期信号発生器 3 8である。 シ ャッ夕は同期信号を入力するが、 図 1に示すように画像合成部 3 0に別に駆動部 4 4 sを設け、 駆動部 4 4 sから導線 4 5で左目用シャツ夕 4 4 1、 右目用シャツ夕 4 4 rに接続される。 また、 図 2のように、 駆動部 4 4 sを設けず、 同期信号発生 器 3 8から直接駆動させても良い。

同期信号器 3 8は、 さらに、 画像生成部 4、 1 2、 1 6、 2 4、 2 8、 3 6およ び画像合成部 6、 1 8、 3 0と導線 3 9で接続される。

制御部 2、 1 0、 1 4、 2 2、 2 6、 3 4は、 パーソナルコンピュータから構成 され、 位置制御部 4 0とネットワーク 4 1を介して立体映像データを受信する機能 と、 位置センサ座標データを受信する機能と、 この立体映像データと位置センサ座 標デ一夕から各面における観察者の目の視差分を含んだ映像を算出して描画信号送 出する機能を備える。

画像生成部 4、 12、 16、 24、 28、 36は、 制御部 2、 10、 14、 22 26、 34で生成した描画デ一夕をさらに RGB信号に変換する機能を備え、 垂直 同期信号として同期信号を導線 39から得て、 この RGB信号を画像合成部に送出 する。 画像生成部は、 通常グラフィックカードと呼ばれるものであるが、 特に外部 から垂直同期信号を取り込むよう構成されたものである。

画像合成部 6、 18、 30は、 左目用の画像生成部と右目用の画像生成部とから それぞれ送出される RGB信号を受信して、 導線 39より受信する同期信号に同期 させて交互にディスプレイに送出する機能を備える。 すなわち、 画像を変換する D A Cや A D C、 画像デ一夕を蓄積するビデオメモリは必要としない。

ディスプレイ 8、 20、 32は、 画像合成部 6、 18、 30から送出される RG B信号を描画するものである。 このディスプレイ 8、 20、 32は、 CRTまたは プラズマディスプレイまたは有機 E Lディスプレイまたは L E D集積型ディスプレ ィまたは投影装置等の何れの表示装置で構成しても良い。

位置制御部 40は、 位置センサから観察者 Aの眼鏡の位置情報を受け位置座標を 演算して、 各制御部 2、 10、 14、 22、 26、 34に送出する機能を有するも のである。 この位置制御部もパーソナルコンピュータから構成される。

立体映像データ記憶装置 48は、 位置制御部 40と接続され映像データである 3 次元データが記録され、 映像再生前に予め位置制御部 40を介して各制御部 2、 1 0、 14、 22、 26、 34に送出される。

眼鏡 42は、 その側部に位置センサ 46を設けられ、 レンズが左目用液晶シャツ 夕 441と右目用液晶シャツタ 44 rとから構成される。 この位置センサ 46は、 空間中における 3次元座標をリアルタイムに算出してその結果を逐次位置制御部 4 0に送出する。

ここで、 液晶シャツタは、 眼鏡のレンズ部を遮蔽するように配置され、 信号受信 部と液晶駆動部から構成される。 特定の信号を受信すると液晶に特定信号が印可さ れて特定偏光また自然光を遮蔽して通過させないシャツタ装置である。 本装置にお いては、 例えば、 右目にのみが見るべき右目用画像と左目のみが見るべき左目用画 像が存在するため見せたくない目に対して液晶シャッタで遮蔽することにより特定 の目のみが映像を見られるように制御する装置である。

左目用液晶シャツ夕 4 4 1は、 同期信号発生器 3 8から送出される同期信号に同 期して左のレンズを開放する。 右目用液晶シャツ夕 4 4 rは、 同期信号発生器 3 8 から送出される同期信号に同期しておのレンズを開放する。 左目用液晶シャツ夕 4 4 1と右目用液晶シャツタ 4 4 rとは交互に開放される。 ここで、 左目用シャツタ と右目用シャツ夕の開閉と映像生成部の表示との設定が一致しない場合に、 開閉モ —ドの切換えスィッチを設けることもできる。 切換えスィッチで駆動部 4 4 sまた は同期信号発生器 3 8からの位相を反転することで用意に切り替わり、 駆動部 4 4 sまたは同期信号発生器 3 8に隣接して設ければ良い。

同期信号器 3 8は、 1 2 0 H zまたは、 1 0 0 H z程度の垂直同期信号を発生さ せる装置であり、 画像生成部と画像合成部とシャツ夕に同期信号を送出する機能を 備える。

上記の構成において、 視差分だけずれた左目用画像と右目用画像をディスプレイ に交互に表示して、 左目用画像は眼鏡に設けられたシャツ夕により左目のみが見る ことができ、 右目用画像は右目のみが見ることができる。 このように視聴すると表 示された画像が立体的に浮き上がっているかのように見ることができるものが本発 明による画像である。 さらに、 図 2のように前面、 側面、 上面に映像が表示される ため視野角が広がるとともに、 視聴者の位置によって立体の見え方が異なる様子も 再現可能となる。

図 3は、 本発明に係る立体画像システムの第 2の実施例の構成を説明するもので ある。 第 2の実施例は、 各制御部が、 左目用と右目用に分割されずに単体で左目用 画像生成部と右目用生成部とを駆動するように構成される。 このように構成される ことで、 制御部当たりの演算量は増大するが、 制御部の数を削減もしくは兼用する ことで、 さらにコストを低減できる。

図 4は、 本発明に係る立体画像システムの第 3の実施例の構成を説明するもので ある。

第 3の実施例は、 同期信号を画像生成部 1 2上で発生させてさらにその同期信号 を画像生成部 4に入力する構成である。 このように構成することで、 同期信号発生 器 3 8を外部に設けずとも同期信号による制御が可能となる。

図 5は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例における画像生成部 4の 構成を説明するものである。

第 4の実施例の画像生成部 4は、 同期信号が導線 3 9により位相比較器 7 2に入 力され、 位相比較器 7 2の出力が V C O回路 7 6に入力され、 0〇回路7 6の出 力がグラフィックプロセッサ 8 0に入力されグラフィックプロセッサ 8 0からは映 像信号が出力されると共にクロック信号が比較パルス 8 2として再ぴ位相比較器 7 2に入力される。 このように構成することで、 同期信号をグラフィックプロセッサ からの信号と位相比較して其の位相差を V C Oで修正してグラフィックプロセッサ に入力し、 再びグラフイツクプロセッサから同期信号を位相比較器に入力すること で、 目的の同期信号に同期してグラフィックプロセッサが作動するようよう構成さ れる。

位相比較器 7 2は、 P L L回路 Phase Locked Loopで使用され 2つの信号間の位 相差を D C電圧で出力する位相差を検出するための回路である。

V C 0 7 6は、 Vol tage- control led Osci l latorであり電圧変化に応じて発振周 波数を変化させて検出された位相差を減少させるために周波数を変更する回路であ る。

グラフィックプロセッサ 8 0は、 画像デジタルデータより R G B信号を生成する L S I装置である。 同期信号は、 R G B信号を生成するトリガーとして使用される < 図 6は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例における画像生成部 4の 詳細な構成を説明するものである。 位相比較器 72には同期信号である基準パルス 39と比較パルス 90とが入力さ れ出力信号 74が、 VCO 76とコンデンサ 75と接続される。 コンデンサ 75は、 もう一方の電極は接地される。 一方、 VCO 76は図示されないがその出力をダラ フィックプロセッサ 80へ出力すると共にクロック信号 86を周波数分割回路 88 へ出力される。 周波数分割回路 88の出力は、 比較パルス 90であり位相比較器 7 2に入力される。 位相比較器 72は、 PNP型トランジスタ 92が電源側に NPN トランジスタ 94が GND側に接続される。 ここでは、 通常の PL L回路と異なり 位相差を削減させるため LP Fが削除され、 コンデンサ 75のみが配置される。 周波数分割回路 88は、 入力された信号の周波数を整数分の 1の値に変化させる 回路であり、 画像生成部 4での必要な周波数を生成するための回路である。

次に図 7は、 本発明に係る立体画像システムの第 4の実施例の画像生成部 4にお ける動作波形図を示す。 図 7 (a) は、 横軸が時間軸で縦軸が電圧を示し、 pulse3 9が基準パルスであり、 pulse90が比較パルスであり、 PLL(+)74は基準パルスの位 相が比較パルスの位相より進んだ時に P N P型トランジスタ 92が〇 Nして電源か ら位相比較器 72の出力へ電流が流れるパルスであり、 PLL(- )74は基準パルスの位 相が比較パルスの位相より遅れた時に N P N型トランジスタ 94が ONして位相比 較器 72の出力から GNDへ電流が流れるパルスである。

時刻 t 2で基準パルス 39の pulse39が立ちあがり、 その後時刻 t 4で比較パル ス pulse90が立ちあがる場合は、 PLL(+)が t 2で立ち上がり、 t 4で立ち下がる。 一方、 時刻 t 6では比較パルス 90 pulse90が先に立下り、 時刻 t 8で基準パル ス 39の pulse39が立ち下がる場合は、 PLL (-)が t 6で立ち上がり t 8で立ち下が る。

このように位相差がある場合は、 PLL ( + ) および PL L (―) が信号を発生 するが、 時刻 t 10や時刻 t 12のように基準パルスの pulse39と比較パルス puis e90との位相差が存在しない場合は、 PLL ( + ) および PLL (—） はハイイン ピ一ダンスとなるのみで立下りと立下りが発生しない。 そこで、 時刻 t 1 0についてさらに時間軸を拡大した図が （b ) である。 図 （a ) 同様時刻 t 1 0において基準パルスの pulse39と比較パルス pul se90とが同時に 立ち上がりの場合、 t 9で P L L (―) が t 1 0までの間ハイインピーダンスとな り、 時刻 t 1 0から t 1 1までの間は P L L ( + ) がハイインピーダンスとなる。 図 6に示される回路は、 V C 0 7 6と周波数分割回路 8 8によって位相差が小さ くなるように収束するよう構成されており、 図 7 ( c ) に示されるように縦軸であ る位相差は、 特定の位相差 p 0と p 1の間に収束される。 図 6の回路ではローパス フィル夕が存在しないため位相差は小さくてすみ、 この位相差 P 0と D 1の間であ る不感帯内に周波数は口ックされて同期信号に同期する。 この回路を使用すること で、 垂直同期信号が 1 2 0 H z程度であっても位相差の精度が 1 0 0万分の 1 H z にロックすることができる。

続いて、 図 2および図 8を用いて本発明に係る立体映像投影方法について示す。 立体映像として飛行機模型 5 0が観察者 Aの前をあたかも実際に飛んでいるかのよ うな映像を本発明に係る立体映像投影方法で投影するものとして説明する。

この飛行機 5 0の飛行映像データは、 各質点の 3次元座標データと 3つの質点を 結ぶ 3角形の面データの組合わせから構成される。 この飛行映像データは、 当初は 立体映像データ記憶装置 4 8に記録され、 3 Dデータ取込工程 7 0で、 位置制御部 4 0とネットワーク 4 1を介して各制御部 2、 1 0、 1 4、 2 2、 2 6、 3 4に配 信される。

一方、 観察者 Aが眼鏡 4 2をかけ電源を O Nすると、 まず、 位置センサが眼鏡の 位置座標を取込み最初に原点としてこの位置情報が登録される。 これが位置信号検 出工程 5 8である。

次に、 この装置の電源 O Nと共に基準同期^号を同期信号発生器 3 8が発生させ、 画像生成部と画像合成部とシャツ夕とに同期信号の送出を開始する。 この工程が基 準同期信号 6 0である。

また、 飛行機模型 5 0の各ディスプレイへの投影位置を算出するのが個別画像演 算生成工程 6 2である。 すなわち、 観察者 Aの視点である位置センサの位置座標と 飛行機模型 5 0を存在させる位置座標が決定されると正面ディスプレイ 8への投影 位置 5 2と、 上面ディスプレイ 2 0への投影位置 5 4と、 側面ディスプレイ 3 2へ の投影位置 5 6が決定される。 ここで、 飛行機模型 5 0を存在させる位置座標は、 立体映像データから決定される。 これらの投影位置 5 2、 5 4、 5 6は、 それぞれ 右目の視差で捕正した座標と左目の視差で補正した座標が求められる。 これらの座 標を、 演算して画像データを生成するのが各制御部 2、 1 0、 1 4、 2 2、 2 6、 3 4である。 つまり、 これらの制御部の演算により正面左目用画像と、 正面右目用 画像と、 上面左目用画像と、 上面お目用画像と、 側面左目用画像と、 側面右目用画 像とが生成される。

さらに、 上記の映像を統合して各ディスプレイに表示する工程が、 各面画像同期 送出工程 6 4である。 この工程では、 上記映像が各画像生成部 4、 1 2、 1 6、 2 4、 2 8、 3 6で R G B信号に変換される。 さらに、 画像合成部 6、 1 8、 3 0で 同一面の左目用画像と右目用画像とが統合される。 この統合は、 同期信号発生器 3 8からの信号 1 2 0 H zに同期して 1秒間に交互に左目用画像 6 0枚と右目用画像 6 0枚とがディスプレイへ送出される。 このため、 映像信号を不必要にデジタルァ ナログ変換とアナログデジタル変換をせずに送出できる。 さらには、 ビデオメモリ は画像生成部に用いられるのみであり、 画像合成部には一切ビデオメモリを使用し ないで製造可能なために、 コス卜が大幅に削減できる。

その上、 上記同期信号に同期して観察者 Aの眼鏡に備えられたシャツ夕の開閉を 駆動させるのが眼鏡同期シャツ夕駆動工程 6 6である。 すなわち、 工程 6 4のまま では左右の目の映像が交互に描画されているだけであるため、 両目で同時に観察し たのでは、 視差分ずれた二重の映像が観察されるのみである。 そこで、 左目用の映 像が投影される際は、 眼鏡 4 2のシャツ夕 4 4の左目部が開放され、 逆に右目用の 映像が投影される際は、 眼鏡 4 2のシャツ夕 4 4の右目部が開放される。 これによ つて、 観察者 Aは立体として浮き上がった映像を観察できる。 そこで、 更にその映像の観察に伴って、 観察者 Aが移動する工程が観察者移動ェ 程 6 8である。 この位置検出工程は、 再び位置信号検出工程 5 8に戻る。 この工程 が、 映像データが終了するまでくり返される。 すなわち、 観察者 Aが移動すると其 の移動によって変化する立体像の位置を制御部で演算して描画する。 このため、 観 察者 Aは、 画像に表示された立体像を上下左お更には裏に回ったり、 下から見あげ る等の自らの視点を移動させて見ることができる。

以上の構成と方法により、 従来の大型で高価で、 複雑な装置を使用することなく 立体映像を観察可能となるが、 本構成は一実施例を示したものに過ぎず適宜変更す ることが可能である。

例えば、 制御部と画像生成部と画像構成部の数を変更することで、 ディスプレイ の数は、 1面から 6面まで変更可能である。 1面とすることで携帯可能な立体映像 装置とすることも可能であり、 一方 6面とすることで全方位に関する立体映像が表 現可能となる。

また、 これらの構成要素を結合する導線は、 必ずしも有線結合にする必要は無く 例えば、 位置センサと位置制御部とを無線で結合することも可能である。

更に、 位置センサで観察者 Aの視点情報を検出するが、 位置情報を視点と変更し ても良い場合は、 ジョイスティック等のマ二ュピレ一夕で自由に入力しても良い。 その上、 ディスプレイはプラズマディスプレイや、 C R T、 有機 E Lや、 プロジ ェクション等の投影装置のいずれの構成を利用することも可能である。

以上、 本発明に係る立体画像システムおよび立体画像投影方法によれば、 各画面 を表示する制御装置にパーソナルコンピュータを採用することで、 小型化と低廉化 が図れ、 システム全体を同期させる同期部を設けることで、 装置全体の信号周期を 正確に一致させることができる。 また、 独自の電気回路とプログラムをファームゥ エアとして設けて制御装置と組合わせることで、 映像のそれぞれ左目用信号と右目 用信号を生成させることができる。

また、 効果なビデオメモリを必要以上使用することなく左目用画像と右目用画像 を合成でき、 制御部としてもパーソナルコンピュータを使用することで装置全体の コストが削減される。

その上、 従来のスクリーンと投影機からなる構成の他に C R Tからなる薄型ディ スプレイを採用し、 コストダウンと装置の小型化を計ることもできる。 そして、 同 期信号を反転させるハードスィツチを設けることにより、 眼鏡の左目シャッ夕とお 目シャツ夕の閉じるタイミングが、 反転していても直すことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 観察者に仮想体画像を立体的に認識させる立体画像システムであって、 左目用画像生成部と、 右目用画像生成部と、 これらの両映像生成部と接続される 画像合成部と、 画像合成部の出力を描画する表示部と、 シャツ夕装置とを備えた眼 鏡と、 前記両映像生成部と前記画像合成部とを駆動する同期信号発生器とからなり 前記同期信号発生器が前記両映像生成部と、 前記画像合成部と、 前記眼鏡とに同期 信号を入力して左目用画像と右目用画像とを合成して前記表示部に同期させて表示 すると共に、 シャツ夕装置を備えた眼鏡のシャツ夕開閉動作を同期信号に同期させ ることを特徴とする立体画像システム。

2 . 映像生成部は、 立体映像データから立体映像信号を演算する制御部と、 立体 映像信号からビデオ信号を生成する画像生成部とから構成されることを特徴とする 請求項 1記載の立体画像システム。

3 . 映像生成部は、 左目用画像生成部と右目用画像生成部とから構成されること を特徴とする請求項 1乃至 2いずれかに記載の立体画像システム。

4. 映像生成部は、 一つの制御部と左目用画像生成部と右目用画像生成部とから 構成されることを特徴とする請求項 1乃至 2いずれかに記載の立体画像システム。

5 . 画像生成部は、 さらに位相比較回路と前記位相比較回路に接続される V C O 回路とグラフィックプロセッサ回路とを備えることを特徴とする請求項 2記載の立 体画像システム。

6 . 画像生成部は、 位相比較回路と V C O回路とを結ぶ導線と接続される容量が 接地され、 V C O回路の出力が周波数分割回路と接続され、 周波数分割回路の出力 が位相比較回路と接続されることを特徴とする請求項 5記載の立体画像システム。

7 . 眼鏡は、 さらに位置センサが備わり、 前記位置センサからの情報を制御する 位置制御部と接続されることを特徴とする請求項 1記載の立体画像システム。

8 . 表示部は、 更に複数設けることを特徴とする請求項 1記載の立体画像システ ム。

9. 複数設けられる表示部は、 互いにその端部を隣接させて設けられることを特 徴とする請求項 8記載の立体画像システム。

1 0 . 複数設けられる表示部は、 各表示部の隣接する端部が互いに接合するよう 配置される 3面の表示部からなることを特徴とする請求項 9記載の立体画像システ ム。

1 1 . 複数設けられる表示部は、 同一直線状に並べて設けられることを特徴とす る請求項 8記載の立体画像システム。

1 2 . 眼鏡のシャッ夕の開閉と映像生成部の表示との設定が一致しない場合に、 開閉モードの切換えスィッチを設けることを特徴とする請求項 1記載の立体画像シ ステム。

1 3 . 表示部は、 C R Tまたはプラズマデイスプレイまたは有機 E Lディスプレ ィまたは L E D集積型ディスプレイからなることを特徴とする請求項 1または請求 項 8乃至 1 2いずれか記載の立体画像システム。

1 4 . 画像生成部は、 同期回路入力部を備えたファームウェアであることを特徴 とする請求項 1記載の立体画像システム。

1 5 . 位置センサは、 マ二ュピレ一夕に付属されてマニュピレー夕の変化を検出 することを特徴とする請求項 1記載の立体画像システム。

1 6 . 観察者に仮想体画像を立体的に認識させる立体画像投影方法であって、 同 期信号発生器が両映像生成部と画像合成部と眼鏡とに同期信号を入力して左目用画 像と右目用画像とを合成して前記表示部に同期させて表示すると共に、 シャツ夕装 置を備えた眼鏡のシャツ夕を同期信号に同期させることを特徴とする立体画像投影 方法。

1 7 . 眼鏡の左目シャツ夕の開放と左目用画像生成部の表示と、 眼鏡の右目シャ ッ夕の開放と右目用画像生成部の表示との同期対応がとれない場合に、 正逆の反転 切換えることを特徴とする請求項 1 6記載の立体画像投影方法。

1 8 . 観察者に仮想体画像を立体的に認識させる立体画像投影プログラムであつ て、 同期信号発生器が両映像生成部と画像合成部と眼鏡とに同期信号を入力して左 目用画像と右目用画像とを合成して前記表示部に同期させて表示すると共に、 シャ ッタ装置と位置センサとを備えた眼鏡のシャツ夕を同期信号に同期させることを特 徵とする立体画像投影プログラム。

1 9 . 眼鏡の左目シャツ夕の開放と左目用画像生成部の表示と、 眼鏡の右目シャ ッ夕の開放と右目用画像生成部の表示との同期対応がとれない場合に、 正逆の反転 切換えることを特徴とする請求項 1 8記載の立体画像投影プログラム。

2 0 . 左目用画像生成部と右目用画像生成部と画像合成部とを駆動し、 前記同期 信号発生器が前記両映像生成部と、 前記画像合成部と、 前記眼鏡とに同期信号を入 力して左目用画像と右目用画像とを合成して前記表示部に同期させて表示すると共 に、 シャツタ装置と位置センサとを備えた眼鏡のシャツ夕を同期信号に同期させる ことを特徴とする同期信号発生器。