(57)【要約】【課題】３次元画像を利用したテレビ電話システムにおいて通信者同士の腕などの動きの不一致を緩和することができる３次元画像表示・撮像装置、通信システム、および表示装置を提供すること。【解決手段】３次元画像表示・撮影装置１では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが、表示領域２０の前方に位置する通信者ＰＡを、表示領域２０内に設定された視点（右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬ）からみた像を撮像している。このため、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１で表示された３次元人物画像ＰＡ１では、視線の向きや腕の位置などが、一方の通信者ＰＡが他方の通信者ＰＢと実際に対面しているのと同じ状態にある。【選択図】図１
2010171573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像を表示する表示領域を備えた表示装置と、
前記表示領域の前方に位置する被写体の３次元画像用の視差画像を撮像する第１および第２の撮像素子と、
を有し、
前記第１の撮像素子は、前記表示領域上に設定された第１の位置から前記被写体をみた像を撮像し、
前記第２の撮像素子は、前記表示領域上に設定された第２の位置から前記被写体をみた像を撮像することを特徴とする３次元画像表示・撮像装置。
【請求項２】
前記第１の位置と前記第２の位置は、前記表示領域を左右に２等分する垂直線を中心とする対称位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項３】
前記第１の位置および前記第２の位置は、前記表示領域を上下に２等分する水平線から上方にずれた位置に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項４】
前記第１の位置および前記第２の位置は、前記表示領域に前記３次元画像として表示された３次元画像と重なる位置に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の３次元画像表示・撮影装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、前記表示領域の背面から前記被写体を撮像することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項６】
前記表示領域および前記撮像素子のうちの一方の要素は、前記被写体に対面する位置に配置されているとともに、他方の要素は前記被写体に対面する位置からずれた位置に配置され、
前記被写体と前記一方の要素との間には、前記被写体と前記一方の要素とを結ぶ光路から前記被写体と前記他方の要素とを結ぶ光路を分離するためのハーフミラーが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項７】
前記表示装置は、前記表示領域を構成する表示パネルを有する直視型表示装置であることを特徴とする請求項５または６に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項８】
前記表示装置は、前記表示領域を構成する被投射部材、および該被投射部材に３次元画像を投射表示するプロジェクターを備えた投射型表示装置であることを特徴とする請求項５または６に記載の３次元画像表示・撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の３次元画像表示・撮像装置と３次元画像を表示する表示領域を備えた第２の表示装置とが回線を介して接続された通信システムであって、
前記３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が前記第２の表示装置によって３次元画像として表示されることを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の３次元画像表示・撮像装置同士が回線を介して接続された通信システムであって、
前記３次元画像表示・撮像装置同士の間では、一方の３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が他方の３次元画像表示・撮像装置の前記表示装置によって３次元画像として表示され、他方の３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が一方の３次元画像表示・撮像装置の前記表示装置によって３次元画像として表示されることを特徴とする通信システム。
【請求項１１】
前記３次元画像表示・撮像装置は、マイクおよびスピーカーを備え、
前記３次元画像表示・撮像装置同士の間では、一方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーに入力された音声が他方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーによって再生され、他方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーに入力された音声が一方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーによって再生されることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
【請求項１２】
３次元画像を表示する表示領域を備えた表示パネルを有し、
前記表示領域には、少なくとも当該表示パネルの前記表示領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成されることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
３次元画像を表示する表示領域を備えた液晶パネルと、
当該液晶パネルの背面側に対向配置された導光板、および該導光板に光を供給するバックライト用光源を備えたバックライト装置と、
を有し、
前記表示領域には、少なくとも当該表示領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成され、
前記導光板には、前記撮像光路を介して前記被写体を撮像するための穴あるいは透光部が構成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
３次元画像を表示する表示領域を備えた液晶パネルと、
当該液晶パネルの背面側に対向配置された導光板、および該導光板に光を供給するバックライト用光源を備えたバックライト装置と、
を有し、
前記表示領域には、少なくとも前記導光板において前記表示領域と重なる領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成され、
前記導光板では、前記液晶パネルに光を出射する光散乱モードと、前記撮像光路を介して前記被写体を撮像するための透光モードと、が実行されることを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
表示領域を構成する被投射部材と、
当該被投射部材の前記表示領域に３次元画像を投射表示するプロジェクターと、
を有し、
前記被投射部材は、当該被投射部材の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子から前記被投射部材の正面に位置する被写体を撮像可能とする透光部を備えていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像の表示および撮像を行なう３次元画像表示・撮像装置、該３次元画像表示・撮像装置を用いた通信システム、および当該３次元画像表示・撮像装置に用いられる表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、テレビ電話やテレビ会議システムなどの通信システムに用いられる画像表示・撮像装置として、表示装置と撮像素子を組み合わせたものが用いられている。このような画像表示・撮像装置では、一般に、図１２（ａ）に示すように、表示装置２の上方に撮像素子６０が設置された構成となっている。かかる通信システムにおいて、通信者は、通信中は撮像素子６０ではなく表示装置２で表示された画像を見ている。このため、通信相手の視線が下方を向いた状態の画像が表示装置２に映し出されるので、通信者同士は視線を合わせることができないという問題点がある。
【０００３】
このような問題点に対し、特許文献１には、テレビ電話システムに用いられる表示・撮像装置において、透過状態および反射状態に切り換えられる調光ガラスや、透過状態および散乱状態に切り換えられる動的散乱板を用いることにより、液晶パネルの背面側から撮像を行ない、通信者同士の視線を一致させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８５９４１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、画面から立体物が飛び出すように表示する３次元画像表示装置が提案されており、かかる３次元画像表示装置をテレビ電話システムに用いれば更に臨場感を高めることができると考えられる。それには、３次元画像表示装置に撮像素子を追加して３次元画像表示・撮像装置とする必要がある。
【０００６】
しかしながら、３次元画像を利用したテレビ電話システムでは、特許文献１で掲げられた視線の不一致という問題に加えて、画像で映し出された通信相手の動きと、自分の実際の位置とが一致せず、大きな違和感を感じるという問題がある。例えば、３次元画像表示装置に撮像素子を追加するにあたって、図１２（ａ）に一点鎖線で示すように、表示装置２の下方に右目用画像を得るための撮像素子６０Ｒと、左目用画像を得るための撮像素子６０Ｌとを配置した場合、通信者同士が握手するような動作を行おうとすると、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すような違和感が発生する。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、一方の通信者ＰＡが他方の通信者ＰＢの３次元人物画像ＰＢ１に向けて腕を伸ばしても、図１２（ｃ）に示すように、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１に表示された一方の通信者ＰＡの３次元人物画像ＰＡ１を見ると、通信者ＰＢが実際に腕を伸ばした方向と大きく異なる方向に通信者ＰＡの腕が伸びているように見えてしまう。
【０００７】
かかる事象に関しては、従来、３次元画像を利用したテレビ電話システムという思想が一切ないため、特許文献１には解決手段が開示されていないだけでなく、課題自身が開示されていない。
【０００８】
以上の点に鑑みて、本発明の課題は、３次元画像を利用したテレビ電話などの通信システムにおいて通信者同士の腕などの動きの不一致を緩和することができる３次元画像表示・撮像装置、該３次元画像表示・撮像装置を用いた通信システム、および当該３次元画像表示・撮像装置に用いられる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、本発明に係る３次元画像表示・撮像装置は、３次元画像を表示する表示領域を備えた表示装置と、前記表示領域の前方に位置する被写体の３次元画像用の視差画像を撮像する第１および第２の撮像素子と、を有し、前記第１の撮像素子は、前記表示領域上に設定された第１の位置から前記被写体をみた像を撮像し、前記第２の撮像素子は、前記表示領域上に設定された第２の位置から前記被写体をみた像を撮像することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、３次元画像表示・撮像装置の表示領域の前方に位置する一方の通信者を第１および第２の撮像素子で撮像するため、かかる撮像素子で撮像された３次元画像用の視差画像によって、他方の通信者の３次元画像表示・撮像装置において、一方の通信者の像を３次元画像として表示することができる。その際、３次元画像表示・撮像装置では、撮像素子が、表示領域の前方に位置する一方の通信者を表示領域内に設定された視点からみた像を撮像している。このため、通信者相手の３次元画像表示・撮像装置で表示された３次元画像では、視線の向きに加えて、自分の実際の腕の位置と通信相手の画像の腕の位置とが一致あるいは略一致する。このため、３次元画像を利用したテレビ電話などの通信システムにおいて、違和感のない３次元画像を映し出すことができる。
【００１１】
本発明において、前記第１の位置と前記第２の位置は、前記表示領域を左右に２等分する垂直線を中心とする対称位置に設定されていることが好ましい。通常、３次元画像表示・撮像装置の表示領域では、通信相手の画像が左右方向における略中央位置に表示される。このため、第１の位置と第２の位置とを表示領域を左右に２等分する垂直線を中心とする対称位置に設定すれば、３次元画像表示・撮像装置には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００１２】
本発明において、前記第１の位置および前記第２の位置は、前記表示領域を上下に２等分する水平線から上方にずれた位置に設定されていることが好ましい。通常、３次元画像表示・撮像装置の表示領域では、通信相手の目が上下方向の中央よりやや上方位置に表示される。従って、右目視点および左目視点を表示領域のやや上方に設定すれば、３次元画像表示・撮像装置には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００１３】
本発明において、前記第１の位置および前記第２の位置は、前記表示領域に前記３次元画像として表示された３次元人物画像と重なる位置に設定されていることが好ましい。このように構成すると、３次元画像表示・撮像装置には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００１４】
本発明において、前記第１の位置は、前記３次元人物画像の右目と重なる位置に設定され、前記第２の位置は、前記３次元人物画像の左目と重なる位置に設定されていることが好ましい。このように構成すると、３次元画像表示・撮像装置には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００１５】
本発明において、前記撮像素子は、前記表示領域の背面から前記被写体を撮像する構成を採用することができる。かかる構成を採用すれば、光路を簡素化することができるので、３次元画像表示・撮像装置の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明において、前記表示領域および前記撮像素子のうちの一方の要素は、前記被写体に対面する位置に配置されているとともに、他方の要素は前記被写体に対面する位置からずれた位置に配置され、前記被写体と前記一方の要素との間には、前記被写体と前記一方の要素とを結ぶ光路から前記被写体と前記他方の要素とを結ぶ光路を分離するためのハーフミラーが配置されている構成を採用することができる。かかる構成を採用すれば、表示領域には、撮像光路を確保することがない。従って、表示領域上の視点を表示領域上のいずれの位置に設定しても、画像の品位を低下させることがない。それ故、右目視点を３次元人物画像の右目と重なる位置に設定し、左目視点を３次元人物画像の左目と重なる位置に設定するなど、撮像光路の視点を表示領域上の最適位置に設定することができる。
【００１７】
本発明において、前記表示装置としては、前記表示領域を構成する表示パネルを有する直視型表示装置を用いることができる。例えば、前記表示装置としては、前記表示パネルとして液晶パネルを備えた液晶表示装置を用いることができる。また、本発明において、前記表示装置としては、前記表示パネルとして有機エレクトロルミネッセンスパネルを備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置や、前記表示パネルとしてプラズマ表示パネルを備えたプラズマ表示装置などを用いることもできる。
【００１８】
かかる直視型表示装置を用いた場合に、３次元画像を表示するには、固定バリア方式、可変バリア方式、レンティキュラーレンズ方式、偏光フィルター方式などを用いることができる。固定バリア方式を採用した場合、前記表示装置は、前記表示領域を前面側で覆うパララックスバリアを備えている。可変バリア方式を採用した場合、前記表示装置は、前記表示領域を前面側で覆う状態に配置され可変バリア装置を備え、当該可変バリア装置では、入射光を透過させる透過状態と、前記表示領域と重なるパララックスバリアを表示するバリア状態とが実行される。レンティキュラーレンズ方式を採用した場合、前記表示装置は、前記前記表示領域を前面側で覆うレンティキュラーレンズシートを備えている。偏光フィルター方式を採用した場合、前記表示装置は、前記表示領域を前面側で覆う偏光フィルターを備え、当該偏光フィルターは、前記表示パネルの水平方向の画素配列における奇数列に対応させて配列されている第１の微細偏光素子と、前記画素配列における偶数列に対応させて配列されている第２の微細偏光素子を備え、前記第１の微細偏光素子と前記第２の微細偏光素子を通過する光の偏光方向が異なる構成を有する。
【００１９】
本発明において、前記表示装置としては、前記表示領域を構成する被投射部材と、該被投射部材に３次元画像を投射表示するプロジェクターと、を備えた投射型表示装置を用いることもできる。かかる投射型表示装置としては、前記プロジェクターとして、前記右目用画像光および前記左目用画像光を交互に投射する１台のプロジェクター、あるいは１ライン置きに右目用画像光と左目用画像光とを出射する１台のプロジェクターを備えている構成を採用することができる。また、投射型表示装置としては、前記プロジェクターとして、右目用画像光および左目用画像光を各々投射する左右１組のプロジェクターを備え、前記右目用画像光と前記左目用画像光の偏光方向が異なる構成を採用することができる。
【００２０】
本発明を適用した３次元画像表示・撮像装置は、３次元画像表示・撮像装置同士が回線を介して第２の表示装置と接続された通信システムに用いることができる。この場合、前記３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が、前記第２の表示装置によって３次元画像として表示される。
【００２１】
本発明を適用した３次元画像表示・撮像装置は、３次元画像表示・撮像装置同士が回線を介して接続された通信システムに用いることができる。この場合、前記３次元画像表示・撮像装置同士の間では、一方の３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が他方の３次元画像表示・撮像装置の前記表示装置によって３次元画像として表示され、他方の３次元画像表示・撮像装置の前記撮像素子により撮像された画像が一方の３次元画像表示・撮像装置の前記表示装置によって３次元画像として表示される。
【００２２】
また、本発明の通信システムでは、前記３次元画像表示・撮像装置は、マイクおよびスピーカーを備え、前記３次元画像表示・撮像装置同士の間では、一方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーに入力された音声が他方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーによって再生され、他方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーに入力された音声が一方の３次元画像表示・撮像装置の前記スピーカーによって再生される。
【００２３】
本発明において、前記撮像素子が前記表示領域の背面から前記被写体を撮像する構成を採用する場合、表示装置は以下の構成を有することを特徴とする。
【００２４】
まず、本発明に係る表示装置は、３次元画像を表示する表示領域を備えた表示パネルを有し、前記表示領域には、少なくとも当該表示パネルの前記表示領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成されることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の別の形態に係る表示装置は、３次元画像を表示する表示領域を備えた液晶パネルと、当該液晶パネルの背面側に対向配置された導光板、および該導光板に光を供給するバックライト用光源を備えたバックライト装置と、を有し、前記表示領域には、少なくとも当該表示領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成され、前記導光板には、前記撮像光路を介して前記被写体を撮像するための穴あるいは透光部が構成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の別の形態に係る表示装置は、３次元画像を表示する表示領域を備えた液晶パネルと、当該液晶パネルの背面側に対向配置された導光板、および該導光板に光を供給するバックライト用光源を備えたバックライト装置と、を有し、前記表示領域には、少なくとも前記導光板において前記表示領域と重なる領域の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子によって前記表示領域の正面に位置する被写体を撮像する際、撮像光路が構成され、前記導光板では、前記液晶パネルに光を出射する光散乱モードと、前記撮像光路を介して前記被写体を撮像するための透光モードと、が実行されることを特徴とする。かかる構成によれば、表示領域の背面から被写体を撮像する構成を採用した場合でも、導光板に対して撮像光路や撮像素子を設けるための特殊な構造を採用する必要がないので、品位の高い画像を表示することができる。
【００２７】
また、本発明の別の形態に係る表示装置は、表示領域を構成する被投射部材と、当該被投射部材の前記表示領域に３次元画像を投射表示するプロジェクターと、を有し、前記被投射部材は、当該被投射部材の背面側に配置された３次元画像撮像用の撮像素子から前記被投射部材の正面に位置する被写体を撮像可能とする透光部を備えていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置、および通信システムの説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置において、表示装置２として用いた液晶表示装置の説明図である。
【図３】図２に示す表示装置に用いたバックライト装置の説明図である。
【図４】図２に示す表示装置に用いたバックライト装置の導光板の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置において、表示装置として用いた別の液晶表示装置の説明図である。
【図６】図５（ａ）に示す表示装置に用いたバックライト装置の動作を示す説明図である。
【図７】図１に示す３次元画像表示・撮像装置に用いた表示装置において３次元画像を表示するための光学部材の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る３次元画像表示・撮像装置の説明図である。
【図９】図８に示す３次元画像表示・撮像装置に用いた表示装置において３次元画像を表示するための光学部材の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る３次元画像表示・撮像装置の説明図である。
【図１１】本発明を適用した３次元画像表示・撮像装置を搭載した電子機器の説明図である。
【図１２】本発明の比較例に係る３次元画像表示・撮像装置、および通信システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、図１２を参照して説明した構成との対応関係が分りやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置、および通信システムの説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、３次元画像表示・撮像装置の説明図、この３次元画像表示・撮像装置を用いた通信システムの一方の通信者の様子を示す説明図、および他方の通信者の様子を示す説明図である。
【００３１】
図１において、３次元画像表示・撮像装置１は、３次元画像を表示する表示領域２０を備えた表示装置２と、表示領域２０の前方に位置する被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を３次元画像用に撮像する右目用および左目用の撮像素子６０Ｒ、６０Ｌとを有している。本形態において、表示装置２は、表示パネル１００を備えた直視型表示装置であり、かかる表示装置２としては、表示パネル１００として液晶パネルを備えた液晶表示装置や、表示パネル１００として有機エレクトロルミネッセンスパネルを備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置などを用いることができる。撮像素子６０Ｒ、６０Ｌとしては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどを用いることができる。
【００３２】
本形態において、右目用および左目用の撮像素子６０Ｒ、６０Ｌはいずれも、表示パネル１００の表示領域２０の背面側に配置されており、表示パネル１００を介して表示領域２０の前方に位置する被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を撮像する。従って、右目用の撮像素子６０Ｒは、表示領域２０上に設定された右目視点ＶＲ（第１の位置）から被写体をみた像を撮像し、左目用の撮像素子６０Ｌは、表示領域上に設定された左目視点ＶＬ（第２の位置）から被写体をみた像を撮像することになる。
【００３３】
このように構成した３次元画像表示・撮像装置１は、回線３を介して接続されたテレビ電話システムなどの通信システムに用いられている。このため、３次元画像表示・撮像装置１同士の間では、一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置１の撮像素子６０Ｒ、６０Ｌにより撮像された画像が他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１の表示装置２によって３次元人物画像ＰＡ１として表示される。また、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１の撮像素子６０Ｒ、６０Ｌにより撮像された画像が一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置の表示装置２によって３次元人物画像ＰＢ１として表示される。
【００３４】
また、３次元画像表示・撮像装置１は、マイクおよびスピーカー（図示せず）を備えている。このため、３次元画像表示・撮像装置１同士の間では、一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置１のスピーカーに入力された音声が他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１のスピーカーによって再生される。また、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１の記スピーカーに入力された音声が一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置１のスピーカーによって再生される。
【００３５】
（視点位置）
このように構成した３次元画像表示・撮像装置１において、本形態において、右目視点ＶＲと左目視点ＶＬは、表示領域２０を左右に２等分する垂直線２０ｖを中心とする対称位置に設定されている。また、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬは、表示領域２０を上下に２等分する水平線２０ｈから上方にずれた位置に設定され、表示領域２０に３次元画像として表示された通信相手の３次元人物画像ＰＡ１、ＰＢ１の目と略同じ高さ位置に設定されている。
【００３６】
ここで、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬは、表示領域２０に表示された３次元人物画像ＰＡ１、ＰＢ１と重なる位置に設定されていることが好ましく、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬは、表示領域２０に表示された３次元人物画像ＰＡ１、ＰＢ１の右目および左面と重なる位置に設定されていることが好ましい。但し、表示領域２０に対して、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮像光路を確保した場合に、撮像光路に相当する部分では表示品位が低下する。そこで、本形態では、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬを３次元人物画像ＰＡ１、ＰＢ１からずれた位置に設定されている。
【００３７】
（本形態の主な効果）
このように構成した３次元画像表示・撮像装置１では、一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置１では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが、表示領域２０の前方に位置する一方の通信者ＰＡを表示領域２０内に設定された第１の位置および第２の位置（右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬ）からみた視差画像を撮像している。このため、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１で表示された３次元人物画像ＰＡ１では、視線の向きや腕の位置などが、一方の通信者ＰＡが他方の通信者ＰＢと実際に対面しているのと同じ状態にある。
【００３８】
かかる処理は、他方の通信者の３次元画像表示・撮像装置でも同様に行なわれる。すなわち、他方の通信者ＰＢの３次元画像表示・撮像装置１では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが、表示領域２０の前方に位置する他方の通信者ＰＢを表示領域２０内に設定された視点（右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬ）からみた視差画像を撮像している。このため、一方の通信者ＰＡの３次元画像表示・撮像装置１で表示された３次元人物画像ＰＢ１では、視線の向きや腕の位置などが、他方の通信者ＰＢが一方の通信者ＰＡと実際に対面しているのと同じ状態にある。
【００３９】
従って、一方の通信者ＰＡおよび他方の通信者ＰＢが、３次元人物画像ＰＡ１、ＰＢ１に向かって腕を伸ばして握手しようとする動作を行なった際、一方の通信者ＰＡ１の腕の実際の位置と他方の通信者ＰＢの３次元人物画像ＰＢ１における腕の位置とが略一致する。また、他方の通信者ＰＢの腕の実際の位置と一方の通信者ＰＡの３次元人物画像ＰＡ１における腕の位置とが略一致している。このため、違和感のない３次元画像での双方向通信を行なうことができる。
【００４０】
また、本形態の３次元画像表示・撮像装置１において、右目視点ＶＲと左目視点ＶＬは、表示領域２０を左右に２等分する垂直線２０ｖを中心とする対称位置に設定されている。通常、３次元画像表示・撮像装置１の表示領域２０では、通信相手の画像が左右方向における略中央位置に表示される。このため、右目視点ＶＲと左目視点ＶＬとを表示領域２０を左右に２等分する垂直線を中心とする対称位置に設定すれば、３次元画像表示・撮像装置１には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００４１】
また、本形態の３次元画像表示・撮像装置１において、右目視点ＶＲと左目視点ＶＬは、表示領域２０を上下に２等分する水平線２０ｈよりやや上方に設定されている。通常、３次元画像表示・撮像装置１の表示領域２０では、通信相手の目が上下方向の中央よりやや上方位置に表示される。従って、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬを表示領域２０のやや上方に設定すれば、３次元画像表示・撮像装置１には、通信相手の３次元画像が自然な感じで表示されるとともに、通信相手が腕を動かした際、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との関係が自然である。
【００４２】
また、右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬを３次元画像として表示された３次元人物画像と重なる位置、好ましくは、右目視点ＶＲを３次元人物画像の右目と重なる位置に設定し、左目視点ＶＬを３次元人物画像の左目と重なる位置に設定すれば、３次元画像における通信相手の腕の位置と、自分の腕の実際の位置との違和感を大幅に解消することができる。
【００４３】
（表示装置２の具体的構成例１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置１において、表示装置２として用いた液晶表示装置の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は各々、液晶表示装置の説明図、および電気的構成を示すブロック図である。
【００４４】
図２（ａ）に示す表示装置２は、表示パネル１００としての液晶パネル１２０と、液晶パネル１２０の表示領域２０の背面側に配置されたバックライト装置１５０とを備えた液晶表示装置である。
【００４５】
液晶パネル１２０は、一対の基板１０１、１０２がシール材１０３を介して貼り合わされた構造を有し、基板１０１、１０２の間には液晶１０４が封入されている。基板１０１の内面上には、表示領域２０における１ドットのサブ画素毎に画素電極１０５が形成されており、基板１０２の内面上には、カラーフィルターたるＲＧＢの各色の着色層１０６、および対向電極１０７が形成されている。ＲＧＢの各色の着色層１０６は、画素電極１０５に対応する位置に形成され、対向電極１０７は、基板１０２の略全面に形成されている。ここで、液晶パネル１２０は透過型液晶パネルであり、一対の基板１０１、１０２はいずれも、ガラス基板などの透光性基板からなる。また、画素電極１０５および対向電極１０７はいずれも、ＩＴＯなどの透光性導電膜からなる。かかる液晶パネル１２０は、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、公知の液晶駆動方法により表示駆動される。例えば、液晶パネル１２０における基板１０１の内面上に、複数の走査線やデータ線をマトリクス状に配置し、各走査線と各データ線の交点に対応する位置にＴＦＴ素子などのスイッチング素子を設ける。また、走査線とデータ線との交点に対応する位置にサブ画素を構成し、サブ画素毎に画素電極１０５を設けてスイッチング素子と電気的に接続する。そして、各データ線および各走査線の一端をそれぞれデータ線駆動回路および走査線駆動回路と電気的に接続することにより、各データ線および各走査線に、データ線駆動回路および走査線駆動回路を介して、外部の制御部からの制御信号に基づくデータ信号および走査信号を供給する。これらの構成により、外部の制御部から供給された制御信号に基づき、表示内容に応じたデータ信号を各データ線に供給し、各画素電極１０５と対向する対向電極１０７との間の液晶分子に電圧を加えてサブ画素毎に表示状態を制御する。
【００４６】
バックライト装置１５０は、液晶パネル１２０の背面側に重ねて配置された導光板１５１と、この導光板１５１に光を供給する光源１５２とを備えている。光源１５２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や冷陰極管である。かかるバックライト装置１５０では、光源１５２から出射された光は、導光板１５１の端部から入射した後、導光板１５１の両面１５１ｅ、１５１ｆで反射を繰り返して導光板１５１の内部を伝搬しながら、液晶パネル１２０と対向する面１５１ｅから出射される。
【００４７】
そして、液晶パネル１２０に入射した光は、画素電極１０５と対向電極１０７との間で配向が制御された液晶１０４によって光変調されて出射し、画像を表示する。液晶パネル１２０と導光板１５１との間には、下偏光板１１２ｂ、拡散板１１３、プリズムシート１１４が配置される。また、液晶パネル１２０において基板１０２の外面には上偏光板１１２ａが重ねて配置されている。ここで、表示装置２は、下偏光板１１２ｂおよび上偏光板１１２ａの向きによってノーマリブラックあるいはノーマリホワイトのいずれかに設定される。表示装置２をノーマリブラックとして構成した場合、画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界が印加されていない画素は暗表示となり、画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界が印加された画素は明表示となる。これに対して、表示装置２をノーマリホワイトとして構成した場合、画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界が印加されていない画素は明表示となり、画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界が印加された画素は暗表示となる。
【００４８】
液晶パネル１２０の前側には、後述する固定バリア方式、可変バリア方式、レンティキュラーレンズ方式、偏光フィルター方式などによって、３次元画像を形成するための３次元画像形成用の光学部材１９０が配置されている。かかる光学部材１９０の詳細な構成は後述する。
【００４９】
このように構成した液晶装置を図１に示す３次元画像表示・撮像装置の表示装置２として用いた場合には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を可能とする撮像光路を確保する必要がある。そこで、本形態では、まず、導光板１５１には、２つの貫通穴１５１ｈが設けられており、かかる２つの貫通穴１５１ｈの内部に撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが配置されている。
【００５０】
また、液晶パネル１２０は画像を表示する際、バックライト装置１５０から出射された光を変調して３次元画像を表示するが、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なう場合、液晶パネル１２０において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域を透光状態の撮像光路を構成する。より具体的には、表示装置２がノーマリブラックである場合、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なうときは、液晶パネル１２０におい撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域で画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界を印加して透光状態とする。従って、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、液晶パネル１２０の背面側に配置されているが、表示領域２０に対面する被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を撮像することができる。
【００５１】
本形態の液晶パネル１２０において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なうときを除いて通常の光変調を行い、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なうときのみ、透光状態とする。なお、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なうときを除いて完全な遮光状態（暗状態）とし、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なうときのみ、透光状態（明状態）としてもよい。
【００５２】
表示装置２がノーマリホワイトである場合、液晶パネル１２０におい撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域で画素電極１０５と対向電極１０７との間に電界を印加せずに透光状態とする。従って、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、液晶パネル１２０の背面側に配置されているが、表示領域２０に対面する被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を撮像することができる。かかる観点からすれば、表示装置２がノーマリホワイトである場合、液晶パネル１２０におい撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域では画素電極１０５を省略した構成を採用してもよく、この場合、画素電極１０５を省略した部分では、常に透光状態にある。
【００５３】
このように構成した液晶パネル１２０において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａの位置は、導光板１５１の出射側の面１５１ｅの位置よりも前側に位置する。このため、導光板１５１の内部を伝播する光が貫通穴１５１ｈ内部に漏れた場合でも、かかる漏れ光が、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａから入射することがない。
【００５４】
また、導光板１５１において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを配置する部分については貫通穴１５１ｈに代えて、出射側の面１５１ｅで開口する凹部や、出射面とは反対側の面１５１ｆで開口する凹部としてもよい。導光板１５１において、出射面とは反対側の面１５１ｆで開口する凹部を形成した場合でも、その底部は撮像用透光部として機能する。但し、導光板１５１において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを配置する部分を貫通穴１５１ｈとすれば、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌに接続する配線等を貫通穴１５１ｈから引き出すことからできる。なお、導光板１５１において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを配置する部分を凹部とする場合、出射側の面１５１ｅで開口する凹部であれば、出射面とは反対側の面１５１ｆで開口する凹部に比較して、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの前面で導光体１５１を伝播する光によって撮像が妨げられることを防止することができる。
【００５５】
また、本形態の表示装置２において、拡散板１１３には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌと重なる位置に貫通穴１１３ｈが設けられている。このため、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、拡散板１１３に形成された散乱パターンの影響を受けずに被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を撮像することができる。かかる観点からすれば、プリズムシート１１４においても、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの位置に対応する領域に貫通穴を設けることが好ましい。
【００５６】
さらに、図２（ａ）に示す構成では、基板１０２において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが位置する部分にも着色層１０６が形成されているが、基板１０２において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが位置する部分には、着色層１０６が形成されていない構成や、着色層１０６に代えて無色透明の樹脂層が形成されている構成を採用することが好ましい。このような構成を採用すれば、表示領域２０の前側に位置する被写体をカラーで撮像した際、色調の優れた画像を得ることができる。
【００５７】
かかる表示装置２は概ね、図２（ｂ）に示す電気的構成を有している。図２（ｂ）において、まず、制御部１４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより構成され、液晶パネル１２０だけでなく、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌや記憶部１４２とも接続されている。記憶部１４２には、液晶パネル１２０における撮像光路の位置や範囲を示す情報（撮像情報）が記録されている。制御部１４０は、かかる撮像情報に基づいて、撮像光路に相当する部分を外部からの光が透過可能な透光モードに設定する。これにより、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、液晶パネル１２０を挟んで反対側にいる被写体を撮影することが可能となる。
【００５８】
撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、被写体を撮像した後、画像信号として制御部１４０に供給する。制御部１４０は、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌからの画像信号に基づいて画像データを生成し、図１を参照して説明した回線３を介して、通信相手の３次元画像表示・撮像装置１に送信するとともに、通信相手の３次元画像表示・撮像装置１から送信されてきた画像データに基づいて液晶パネル１２０を制御し、画像を表する。制御部１４０の上述の処理は、例えばプログラムなどにより行われる。従って、記憶部１４２には、上述の処理を行うためのプログラムが格納されている。
【００５９】
（バックライト装置１５０の構成）
図３は、図２に示す表示装置２（液晶表示装置）に用いたバックライト装置１５０の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、導光板１５１に１つの光源１５２を配置した場合の説明図、導光板１５１の２辺に光源１５２を配置した場合の説明図、および導光板１５１の別の２辺に光源１５２を配置した場合の説明図である。
【００６０】
図２（ａ）を参照して説明したバックライト装置１５０において、導光板１５１に光源１５２を設けるにあたっては、図３（ａ）に示すように、導光板１５１の１辺に相当する位置に光源１５２を設けてもよいが、この場合、導光板１５１内を伝播する光が貫通穴１５１ｈで遮られてしまい、貫通穴１５１ｈの影Ｓｈが発生してしまう。従って、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、導光板１５１の２辺に相当する位置に光源１５２を設けることが好ましい。図３（ｂ）に示すバックライト装置１５０では、導光板１５１において左右で相対向する２辺に相当する位置に光源１５２が配置され、図３（ｃ）に示すバックライト装置１５０では、導光板１５１において上下で相対向する２辺に相当する位置に光源１５２が配置されている。
【００６１】
本形態では、導光板１５１には２つの貫通穴１５１ｈが形成されている。従って、図３（ｃ）に示すように、２つの貫通穴１５１ｈが並んでいる横方向と直交する縦方向に位置する２辺に光源１５２を配置すれば、２つの貫通穴１５１ｈで挟まれた領域に影が発生することを完全に防止することができる。
【００６２】
（導光板１５１の構成例）
図４は、図２に示す表示装置２（液晶表示装置）に用いたバックライト装置１５０の導光板１５１の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は各々、導光板１５１の貫通穴１５１ｈをテーパー状にした場合の説明図、および貫通穴１５１ｈの側壁を遮光面にした場合の説明図である。
【００６３】
図２（ａ）を参照して説明したように、導光板１５１には貫通穴１５１ｈが設けられており、貫通穴１５１ｈに設けられる撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、その撮影口６０ａの位置が、導光板１５１の出射側の面１５１ｅの位置よりも高くなるように設定されている。但し、図４（ａ）に示すように、貫通穴１５１ｈを、出射側の面１５１ｅで開口面積が小で、反対側の面１５１ｆで開口面積が大のテーパー穴として形成してもよい。かかる構成によれば、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａの位置は、導光板１５１の出射側の面１５１ｅの位置よりも低く設定することができる。すなわち、貫通穴１５１ｈをテーパー形状にすれば、導光板１５１内を伝播する光は、貫通穴１５１ｈの壁面で反射するので、貫通穴１５１ｈの内部に漏れることがない。
【００６４】
また、図４（ｂ）に示すように、貫通穴１５１ｈの内側壁に遮光材１５１ｉを設けてもよい。かかる構成を採用した場合も、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａの位置は、導光板１５１の出射側の面１５１ｅの位置よりも低く設定することができる。すなわち、貫通穴１５１ｈをテーパー形状にすれば、導光板１５１内を伝播する光は、貫通穴１５１ｈの壁面で遮光されるので、貫通穴１５１ｈの内部に漏れることがない。
【００６５】
（表示装置２の具体的構成例２）
図５は、本発明の実施の形態１に係る３次元画像表示・撮像装置１において、表示装置２として用いた別の液晶表示装置の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、液晶表示装置の説明図、および電気的構成を示すブロック図である。図６は、図５（ａ）に示す表示装置２に用いたバックライト装置の動作を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は各々、透明電極に電圧を印加しない状態の説明図、および透明電極に電圧を印加した状態の説明図である。なお、図５に示す表示装置２の基本的な構成は、図２を参照して説明した構成と同様であるので、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６６】
図５（ａ）に示す表示装置２は、図２（ａ）に示す表示装置と同様、表示パネル１００としての液晶パネル１２０と、液晶パネル１２０の表示領域２０の背面側に配置されたバックライト装置１７０とを備えた液晶表示装置である。液晶パネル１２０は、一対の基板１０１、１０２がシール材１０３を介して貼り合わされた構造を有し、基板１０１、１０２の間には液晶１０４が封入されている。バックライト装置１７０は、液晶パネル１２０の背面側に重ねて配置された導光板１７１と、この導光板１７１に光を供給する光源１５２とを備えており、光源１５２は、例えばＬＥＤや冷陰極管である。なお、図５（ａ）には、導光板１７１の一方の端面にのみ光源１５２が配置されているが、導光板１７１の両端に光源１５２が設けられてことが好ましい。
【００６７】
かかる表示装置２を、図１を参照して説明した３次元画像表示・撮像装置１に搭載すると、導光板１７１の背面側に撮像素子６０Ｒ、６０Ｌが配置される。ここで、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌはいずれも、表示パネル１００の表示領域２０の背面側に配置されており、表示パネル１００を介して表示領域２０の前方に位置する被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）を撮像する。従って、右目用の撮像素子６０Ｒは、表示領域２０上に設定された右目視点ＶＲから被写体をみた像を撮像し、左目用の撮像素子６０Ｌは、表示領域上に設定された左目視点ＶＬから被写体をみた像を撮像することになる。
【００６８】
本形態において、導光板１７１は、外部からの光を透過する透光モードと、光源１５２からの光を液晶パネル１２０に向けて出射する光出射モード（光散乱モード）との間で切り換える光学素子（動的散乱板）である。従って、導光板１７１には貫通穴が設けられてない。かかる導光板１７１は、ガラスなどの透光性の基板１８１、１８２が貼り合わされてなる構造を有し、基板１８１、１８２の間には、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）１８４が封入されている。
【００６９】
ポリマー分散液晶１８４は、多数の小さなネマティック液晶小滴（数ミクロン径）がポリマー内に分散された構造を有している。基板１８１の内面上には透明電極１８５が形成され、基板１８２の内面上には透明電極１８６が形成されている。従って、導光板１７１において、ポリマー分散液晶１８４は、一対の透明電極１８５、１８６に挟持された構造を有している。
【００７０】
かかる導光板１７１において、図６（ａ）に示すように、透明電極１８５、１８６間に電圧が印加されない状態では、ネマティック液晶の分子はランダムな方向を向く。そのため、導光板１７１は、入射光を分散する光散乱状態となり、光源１５２から出射された光を散乱させて、液晶パネル１２０へ向けて出射する。（光散乱モード）
これに対して、図６（ｂ）に示すように、透明電極１８５、１８６間に電圧が印加された状態では、ネマティック液晶の分子は電界の方向に揃う。そのため、ポリマー分散液晶１８４は透明になる。従って、導光板１７１は入射光を透過する光透過状態となるので、外部からの光が透過して撮像素子６０Ｒ、６０Ｌに入射することが可能となる（透光モード）。
【００７１】
かかる構成によれば、表示領域２０の背面から被写体を撮像する構成を採用した場合でも、導光板１７１に対して撮像光路や撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを設けるための特殊な構造を採用する必要がないので、品位の高い画像を表示することができる。
【００７２】
本形態の表示装置２においては、図５（ｂ）に示すように、制御部１４０は、液晶パネル１２０、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌ、および記憶部１４２と接続されるとともに、バックライト装置１７０とも接続されている。記憶部１４２には、液晶パネル１２０における撮像領域の位置や範囲の情報を示す撮像情報が記録されている。
【００７３】
制御部１４０は、導光板１７１を光出射モードにする期間（光出射モード期間／光散乱モード）と透光モードにする期間（透光モード期間）とで時分割に駆動する。具体的には、制御部１４０は、光出射モード期間において透明電極１８５、１８６間に電圧を印加せず、透光モード期間において透明電極１８５、１８６間に電圧を印加する制御を行う。
【００７４】
透光モード期間では、制御部１４０は、液晶パネル１２０においても、外部からの光が透過する透光モードに設定する制御を行うとともに、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを制御して被写体を撮影させる。より具体的には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なう場合、液晶パネル１２０の全体を透光状態とする。なお、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって被写体の撮像を行なう場合、液晶パネル１２０において、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌの撮影口６０ａと重なる領域のみに透光状態の撮像光路を構成してもよい。
【００７５】
そして、制御部１４０は、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌからの画像信号に基づいて画像データを生成し、図１を参照して説明した回線３を介して、通信相手の３次元画像表示・撮像装置１に送信するとともに、通信相手の３次元画像表示・撮像装置１から送信されてきた画像データに基づいて液晶パネル１２０を制御し、画像を表する。制御部１４０の上述の処理は、例えば、記憶部１４２に格納されているプログラムなどにより行われる。
【００７６】
（３次元画像形成用の光学部材１９０の構成）
図７は、図１に示す３次元画像表示・撮像装置１に用いた表示装置２において３次元画像を表示するための光学部材１９０（図２、図５参照）の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々、レンティキュラーレンズ方式用の光学部材１９０の説明図、固定バリア方式用の光学部材１９０の説明図、可変バリア方式用の光学部材１９０の説明図、および偏光フィルター方式用の光学部材１９０の説明図である。
【００７７】
図２や図５を参照して説明した表示装置２において、３次元画像を表示するには、レンティキュラーレンズ方式、固定バリア方式、可変バリア方式、偏光フィルター方式を用いることができる。
【００７８】
まず、レンティキュラーレンズ方式を採用する場合、表示装置２では、図７（ａ）に示すレンティキュラーレンズシート１９１（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。レンティキュラーレンズシート１９１は、透明な樹脂シートなどの表面に断面凸弧状の微小な凸条レンズを多数形成したものであり、各凸条レンズの列は液晶パネル１２０の上下方向に延びている。従って、レンティキュラーレンズシート１９１の背後の液晶パネル１２０から出射された画像光は、各画素の位置に対応して形成されている各凸条レンズに入射した後、屈折して出射する。その際、屈折を考慮した表示光を液晶パネル１２０から出射させることにより、異なる方向に異なる画像光を出射させることができる。よって、レンティキュラーレンズシート１９１を介して液晶パネル１２０を見ている通信者ＰＡ、ＰＢの左右の目には、異なる画像光（３次元画像表示用の右目用画像光および左目用画像光）が到達するので、裸眼での３次元画像表示を行うことができる。
【００７９】
ここで、レンティキュラーレンズシート１９１には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって撮像するための撮像用透光部１９１ａ、１９１ｂが形成され、かかる撮像用透光部１９１ａ、１９１ｂは、レンティキュラーレンズシート１９１に形成された貫通穴や平坦部からなる。なお、撮像用透光部１９１ａ、１９１ｂを貫通穴として形影すれば、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌに到達する光の減衰を防止することができる。
【００８０】
固定バリア方式を採用する場合、表示装置２では、図７（ｂ）に示すパララックスバリアシート１９２（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。ここで、パララックスバリアシート１９２には、格子状の遮光パターン１９２ｅ（パララックスバリア）が形成され、かかる遮光パターン１９２ｅによって、微細なスリット１９２ｆが形成されている。かかるスリット１９２ｆは、液晶パネル１２０の上下方向に延びており、このスリット１９２ｆの左右の目で見るときの視差を利用して、液晶パネル１２０の正面にいる通信者ＰＡ、ＰＢの左右の目に異なった画像光を到達させることが可能である。よって、各スリット１９２ｆの左右の目位置からの視差を考慮して左目用画像および右目用画像を液晶パネル１２０に表示することにより、観察者の左右の目に、左目用画像および右目用画像を各々、到達させることができる。よって、裸眼での３次元画像表示を行うことができる。
【００８１】
また、パララックスバリアシート１９２には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって撮像するための撮像用透光部１９２ａ、１９２ｂが形成され、かかる撮像用透光部１９２ａ、１９２ｂは、遮光パターン１９２ｅの非形成領域からなる。
【００８２】
可変バリア方式を採用する場合、表示装置２では、図７（ｃ）に示す可変バリア装置１９３（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。かかる可変バリア装置１９３では、入射光を透過させる透過状態と、表示領域２０と重なる領域にパララックスバリア１９３ｃを表示するバリア状態とが実行される。従って、透過状態では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによる撮像が可能となる。このため、可変バリア装置１９３を用いた場合、撮像用透光部を形成する必要がない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００８３】
偏光フィルター方式を採用する場合、表示装置２では、図７（ｄ）に示す偏光フィルター１９４によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。かかる偏光フィルター１９４では、液晶パネル１２０（表示パネル１００）の水平方向の画素配列における奇数列に対応させて配列されている第１の微細偏光素子１９４ａと、画素配列における偶数列に対応させて配列されている第２の微細偏光素子１９４ｂとを備えており、第１の微細偏光素子１９４ａと第２の微細偏光素子１９４ｂを通過する光の偏光方向が異なる。また、液晶パネル１２０の奇数列と偶数列の各画素列の一方に左目用画像を表示し、他方に右目用画像を表示すれば、左目用画像と右目用画像が異なる偏光の画像光として出射される。よって、左右の目の偏光方向が異なる偏光メガネをかけてこの液晶パネル１２０を見ることにより、左右の目にそれぞれ左目用画像と右目用画像を到達させることができ、３次元画像表示を行うことができる。
【００８４】
かかる偏光フィルター１９４は透光性を備えている。このため、偏光フィルター１９４を用いた場合、撮像用透光部を形成する必要がない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００８５】
［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係る３次元画像表示・撮像装置の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は各々、被写体に表示装置２を対面させた場合の説明図、および被写体に撮像素子６０Ｒ、６０Ｌを対面させた場合の説明図である。図９は、図８に示す３次元画像表示・撮像装置１に用いた表示装置２において３次元画像を表示するための光学部材１９０の説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々、レンティキュラーレンズ方式用の光学部材１９０の説明図、固定バリア方式用の光学部材１９０の説明図、可変バリア方式用の光学部材１９０の説明図、および偏光フィルター方式用の光学部材１９０の説明図である。
【００８６】
本形態では、図８（ａ）、（ｂ）を参照して以下に説明するように、表示領域２０および撮像素子６０Ｒ、６０Ｌのうちの一方の要素は、被写体に対面する位置に配置されているとともに、他方の要素は被写体に対面する位置からずれた位置に配置されている。また、被写体と一方の要素との間には、被写体と一方の要素とを結ぶ光路から被写体と他方の要素とを結ぶ光路を分離するためのハーフミラー７が配置されている。
【００８７】
より具体的には、図８（ａ）に示す３次元画像表示・撮像装置１では、表示装置２および撮像素子６０Ｒ、６０Ｌのうち、表示装置２の表示パネル１００（液晶パネル１２０）は、被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）に対面する位置に配置されているとともに、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、被写体に対面する位置からずれた位置に配置されている。また、被写体と表示装置２との間には、被写体と表示装置２とを結ぶ光路から被写体と撮像素子６０Ｒ、６０Ｌとを結ぶ光路を分離するためのハーフミラー７が４５°の角度で配置されている。
【００８８】
かかる構成によれば、通信者ＰＡ、ＰＢは、ハーフミラー７を透過してきた画像を観察する。また、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、ハーフミラー７で反射してきた通信者ＰＡ、ＰＢの像を撮影する。
【００８９】
図８（ｂ）に示す３次元画像表示・撮像装置１では、表示装置２および撮像素子６０Ｒ、６０Ｌのうち、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）に対面する位置に配置されているとともに、表示装置２の表示パネル１００（液晶パネル１２０）は、被写体に対面する位置からずれた位置に配置されている。また、被写体と撮像素子６０Ｒ、６０Ｌとの間には、被写体と撮像素子６０Ｒ、６０Ｌとを結ぶ光路から被写体と表示装置２とを結ぶ光路を分離するためのハーフミラー７が４５°の角度で配置されている。
【００９０】
かかる構成によれば、通信者ＰＡ、ＰＢは、ハーフミラー７で反射してきた画像を観察する。また、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌは、ハーフミラー７を透過してきた通信者ＰＡ、ＰＢの像を撮影する。
【００９１】
かかる構成によれば、表示領域２０には、撮像光路を確保することがない。従って、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌで撮像する際の視点を表示領域２０上のいずれの位置に設定しても、画像の品位を低下させることがない。それ故、右目視点を３次元人物画像の右目と重なる位置に設定し、左目視点を３次元人物画像の左目と重なる位置に設定するなど、撮像光路の視点を表示領域２０上の最適位置に設定することができる。
【００９２】
図８を参照して説明した３次元画像表示・撮像装置１に用いた表示装置２において、３次元画像を表示する場合にも、レンティキュラーレンズ方式、固定バリア方式、可変バリア方式、偏光フィルター方式を用いることができる。
【００９３】
まず、レンティキュラーレンズ方式を採用する場合、表示装置２では、図９（ａ）に示すレンティキュラーレンズシート１９１（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。但し、レンティキュラーレンズシート１９１には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって撮像するための撮像用透光部を形成する必要がない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００９４】
固定バリア方式を採用する場合、表示装置２では、図９（ｂ）に示すパララックスバリアシート１９２（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。ここで、パララックスバリアシート１９２には、格子状の遮光パターン１９２ｅ（パララックスバリア）および微細なスリット１９２ｆが形成されている。但し、パララックスバリアシート１９２には、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによって撮像するための撮像用透光部が形成されていない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００９５】
可変バリア方式を採用する場合、表示装置２では、図９（ｃ）に示す可変バリア装置１９３（光学部材１９０）によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。かかる可変バリア装置１９３では、入射光を透過させる透過状態と、表示領域２０と重なる領域にパララックスバリア１９３ｃを表示するバリア状態とが実行される。従って、透過状態では、撮像素子６０Ｒ、６０Ｌによる撮像が可能となる。かかる可変バリア装置１９３を用いた場合、撮像用透光部を形成する必要がない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００９６】
偏光フィルター方式を採用する場合、表示装置２では、図９（ｄ）に示す偏光フィルター１９４によって表示領域２０の前面側を覆った構成とする。かかる偏光フィルター１９４では、液晶パネル１２０（表示パネル１００）の水平方向の画素配列における奇数列に対応させて配列されている第１の微細偏光素子１９４ａと、画素配列における偶数列に対応させて配列されている第２の微細偏光素子１９４ｂとを備えており、第１の微細偏光素子１９４ａと第２の微細偏光素子１９４ｂを通過する光の偏光方向が異なる。かかる偏光フィルター１９４を用いた場合、撮像用透光部を形成する必要がない。それ故、表示領域２０で表示される３次元画像では、撮像用透光部を形成することによる劣化が発生しない。
【００９７】
［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る３次元画像表示・撮像装置の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は各々、プロジェクターを２台用いた場合の説明図、およびプロジェクターを１台用いた場合の説明図である。
【００９８】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の３次元画像表示・撮像装置１において、表示装置２００は、表示領域２０を構成するスクリーンなどの被投射部材８と、被投射部材８に３次元画像を投射表示するプロジェクター９とを備えている。かかる表示装置２００では、被投射部材８の表示領域２０に被写体（通信者ＰＡ、ＰＢ）が対面し、被投射部材８の背面に撮像素子６０Ｒ、６０Ｒが配置される。このため、被投射部材８の表示領域２０には、撮像光路を確保するための撮像用透光部８ａ、８ｂが形成され、かかる撮像用透光部８ａ、８ｂが被写体を撮像する際の右目視点ＶＲおよび左目視点ＶＬとなる。
【００９９】
このような３次元画像表示・撮像装置１のうち、図１０（ａ）に示す３次元画像表示・撮像装置１では、プロジェクター９として、右目用画像光を投射する右面用のプロジェクター９Ｒと、左目用画像光を投射する左面用のプロジェクター９Ｌとが用いられている。また、プロジェクター９Ｒ、プロジェクター９Ｌの前側には、偏光特性が異なる偏光素子９１Ｒ、９１Ｌが配置されている。このため、右目用画像光と左目用画像光の偏光方向が異なっている。かかる構成の３次元画像表示・撮像装置１では、偏光メガネを用いて、表示領域２０に表示された画像を見れば、３次元画像として認識することができる。
【０１００】
また、図１０（ｂ）に示す３次元画像表示・撮像装置１では、１台のプロジェクター９を備える表示装置２００が用いられており、かかるプロジェクター９は、右目用画像光および左目用画像光を交互に投射する。あるいは、プロジェクター９は、１ライン置きに右目用画像光と左目用画像光とを出射する。従って、液晶シャッターメガネ９５などの高速シャッター付きのメガネを用いて、表示領域２０に表示された画像を見れば、３次元画像として認識することができる。
【０１０１】
［電子機器への搭載例］
次に、上述した実施形態に係る３次元画像表示・撮像装置１のうち、実施の形態１に係る直視型の表示装置２を用いた３次元画像表示・撮像装置１は、図１１に示す電子機器に搭載することができる。
【０１０２】
図１１（ａ）に、表示装置２を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示装置２と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１及びキーボード２００２が設けられている。図１１（ｂ）に、表示パネル１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示パネル１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、表示パネル１００に表示される画面がスクロールされる。図１１（ｃ）に、表示パネル１００を搭載した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示パネル１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示パネル１００に表示される。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・３次元画像表示・撮像装置、２・・表示装置、７・・ハーフミラー、８・・被投射部材、９・・プロジェクター、２０・・表示領域、６０Ｒ、６０Ｌ・・撮像素子、１００・・表示パネル、１２０・・液晶パネル、１５０、１７０・・バックライト装置、１５１，１７１・・導光板、１５２・・光源、１９０・・３次元画像表示用の光学部材、ＰＡ、ＰＢ・・通信者（被写体）、ＶＬ・・左目視点、ＶＲ・・右目視点
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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【図１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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