(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示器の表面に立体視用の光学作用板を装着して成る立体画像表示器を備え、この立体画像表示器に表示された立体画像を観察者が直接に観察できる直視型の立体映像表示装置において、
前記観察者が座る観察用回転椅子と、
一端が前記観察用回転椅子に取り付けられた垂直腕と、この垂直腕の他端に接続された水平腕とから成る表示器移動機構と、
前記水平腕の他端に懸垂状態で設けられ、前記立体画像表示器を装着すると共にこの立体画像表示器を回転するための表示器回転架台と、
前記立体画像表示器に表示された立体画像を観察中の観察者の眼の位置を直接、または眼の位置に相当する位置を検出する位置検出手段と、
この位置検出手段で検出された位置に応じて前記表示器回転架台を回転駆動する回転駆動手段と、
を具備することを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の立体映像表示装置において、
前記立体画像表示器を観察者に対して前後に移動させる移動手段を具備することを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の立体映像表示装置において、
前記観察者は額部分に反射片または発光体を装着しており、前記位置検出手段は、この反射片または発光体を指標として観察者の眼の位置に相当する位置を検出することを特徴とする立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡無しで立体映像を表示する立体映像表示装置に係わり、特に、観察者の位置の変化に関わらず常に立体視を可能とした立体映像表示装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、眼鏡無しで、かつ検察者が頭を移動しても、立体映像を観察することができる立体映像表示装置に関するもので、対象とする立体映像表示器は、画像表示器の表面にレンチキュラー板等の立体視用の光学作用板を装着して、直接に観察できる直視型の立体映像表示装置である。立体画像表示器とその向きを回転運動させる表示器回転架台、あるいはその位置を移動運動させる移動機構と、これらを駆動する回転駆動部あるいは移動駆動部と、観察者の眼の位置を検出する手段とを備え、眼の位置に応じて、立体画像表示器の向きを回転、あるいは立体画像表示器の位置を移動させることにより、観察者の位置の変化に関わらず常に立体視を可能とすることを特徴とするものである。
【０００３】
【従来の技術】
図５は従来の立体画像表示器における立体視可能領域を示す平面図である。
【０００４】
同図に示すように、立体画像表示器１０１は、画像表示器１０３と、その前面に密着配置されたレンチキュラーレンズ１０５とから構成され、前方に位置する観察者の右眼および左眼にレンチキュラーレンズ１０５を介して右眼画像および左眼画像を導くことにより、眼鏡無しの立体視を可能としている。
【０００５】
観察者から見て、図５におけるレンチキュラーレンズ１０５の左端、中央、及び右端の各レンズ素からの左眼画像光線Ｌと右眼画像光線Ｒは、それぞれ左右眼の位置に収束するように設計されている。左眼画像光線Ｌと右眼画像光線Ｒが収束する図中、梨地で示した菱形領域が立体視可能領域であり、図中実線で示した頭の位置Ｈ0 が菱形領域に入るようにすれば、裸眼のままで立体視が可能となる。
【０００６】
しかしながら、上記従来例では、上記菱形領域から観察者の眼（頭部）が外れて図中破線で示す位置Ｈ1 に移動した場合には、正確な立体視が不可能である。そこで、観察者の頭部が移動した場合にあっても立体視を可能とした装置が提案されている。
【０００７】
例えば、特開昭６４−７３３３０号公報（特開昭６２−２２８５４７号）や特開平１−３１７０９１号公報（特願昭６３−１４９５４０号）、あるいは特開平３−６９９３２号公報（特願平１−２０５７４４号）に記載された立体映像表示装置が知られている。
【０００８】
これらの公知例は、観察者の両眼の動きを認識しその移動量に応じて、表示画素を移動するか、またはレンズ板（レンチキュラーレンズ）を移動するかして、表示画素とレンズ素との相対位置関係を左右眼位置に応じて制御するものである。
【０００９】
しかしながら、表示画素を左右眼の位置に応じて移動させるのは、通常に使用されている配列型の画素表示器では連続的な移動は不可能である。また、レンズ板を移動させることは、このレンズ板が表示器表面に装着されていることから実際上は困難である。
【００１０】
一方、特開平１−１０７２４７号公報（特願昭６２−２６６７４５号）に記載されているように、画像を画像投影器からレンズ付きスクリーンに投射して表示する画像表示器において、画像投影器を移動して投影画像の画素の位置をレンズ素の位置に対して変化させる方法も知られているが、この方法は、本発明が対象とする直接型の立体映像表示装置に適用することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の眼鏡無しの立体画像表示装置では、図５に示したように、観察者の頭や左右両眼が位置する立体視可能領域は極めて限定されていた。これは、観察者は左右両眼が立体視可能領域に入るような状態でしか、正常に立体映像が観察できないことを意味する。すなわち、観察者が移動して左右両眼の位置が移動すると、左右両眼が元の立体視可能領域を外れて立体視観察が不可能となる。
【００１２】
これに対して、頭部が移動しても観察できるとする上記従来方法では、表示画素を移動するかレンズ板を移動するかして、表示画素とレンズ素との相対位置関係を、左右眼位置に応じて制御するものであるが、通常の配列型画素表示器では連続的な移動が不可能である。また、レンズ板を移動することは、それが表示器表面に装着されているため、実際上は困難である。
【００１３】
また、画像投影器を移動して、投影画像画素の位置をレンズ素の位置に対して変化させる方法では、直接型立体映像表示装置に適用することはできない。
【００１４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者の位置変化に関わらず眼鏡無しの立体視を簡単な構成により可能とする立体映像表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、画像表示器の表面に立体視用の光学作用板を装着して成る立体画像表示器を備え、この立体画像表示器に表示された立体画像を観察者が直接に観察できる直視型の立体映像表示装置において、前記観察者が座る観察用回転椅子と、一端が前記観察用回転椅子に取り付けられた垂直腕と、この垂直腕の他端に接続された水平腕とから成る表示器移動機構と、前記水平腕の他端に懸垂状態で設けられ、前記立体画像表示器を装着すると共にこの立体画像表示器を回転するための表示器回転架台と、前記立体画像表示器に表示された立体画像を観察中の観察者の眼の位置を直接、または眼の位置に相当する位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段で検出された位置に応じて前記表示器回転架台を回転駆動する回転駆動手段とを具備することを特徴としている。
【００１８】
上記構成では、観察者が回転椅子を回転させて自身の位置を移動させてもそれに連動して立体画像表示器が観察者との正対姿勢を確保しつつ回転するため、観察者の位置変化に関わらず常に眼鏡無しの立体視が可能となる。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の立体映像表示装置において、前記立体画像表示器を観察者に対して前後に移動させる移動手段を具備することを特徴としている。
【００２０】
上記構成では、観察者が前後に移動してもそれに追従して立体画像表示器を移動でき、その結果、観察者の位置変化に関わらず常に眼鏡無しの立体視が可能となる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の立体映像表示装置において、前記観察者は額部分に反射片または発光体を装着しており、前記位置検出手段は、この反射片または発光体を指標として観察者の眼の位置に相当する位置を検出することを特徴としている。
【００２２】
上記構成では、観察者の眼の位置そのものを検出しなくとも簡単な構成により、正確に観察者の眼の位置に相当する位置を検出することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明に係る立体映像表示装置の一実施の形態を示している。
【００２４】
図１に示すように、立体画像表示器１は、画像表示器３とこの画像表示器３の前面に装着されたレンチキュラーレンズ５とから構成され、この立体画像表示器１に表示された立体画像を観察者７が直接に観察できるようになっている。
【００２５】
この立体画像表示器１は、表示器回転架台９にはめ込まれた状態で装着されて
いる。表示器回転架台９は、立体画像表示器１を載置した状態で回転駆動部１１により回転駆動される。
【００２６】
表示器回転架台９の上部には、位置検出用カメラ１３が取り付けられており、立体像を観察中の観察者７を撮像してその眼の位置を検出する。この実施の形態では、観察者７は、その額部に反射片１５を付けており、位置検出用カメラ１３は、観察者７の眼の替わりにこの反射片１５を指標として撮像することとなる。なお、この反射片１５の替わりに発光体を使用しても良い。
【００２７】
位置検出用カメラ１３で撮像された眼位置検出信号は、位置検出回路１７に供給されており、ここで、眼の位置に相当する駆動信号を前記回転駆動部１１に供給する。すなわち、位置検出回路１７は、指標となる反射片１５が位置検出用カメラ１３の正面に位置するときを零とし、反射片１５が位置検出用カメラ１３の正面から左右にずれるとそのずれ量に応じた電気信号を回転駆動部１１に出力する。
【００２８】
回転駆動部１１は電動機を備えており、位置検出回路１７から供給される電気信号に応じて表示器回転架台９を回転させ、電気信号が零になった時点で回転を停止する。これにより、図２に示すように、立体画像表示器１と眼位置検出用カメラ１３とは反射片１５に追従して回転し、常に反射片１５と正対する。このため、観察者７は、自身の頭部を左右に移動しても常に立体画像を観察することができるようになっている。
【００２９】
また、本実施の形態における立体映像表示装置は、第１の腕１９、及び第２の腕２１を有する表示器移動機構２３と、この移動機構２３を駆動する移動駆動部２５とを備えている。
【００３０】
第１の腕１９の一端は前記回転駆動部１１と接続されており、他端は接続部２７を介して第２の腕２１の一端に接続されている。また第２の腕２１の他端は移動駆動部２５に接続されている。
【００３１】
移動駆動部２５は電動機を備えており、第２の腕２１を図中左右に揺動させることにより立体画像表示器１を前後に移動させ、また第２の腕２１を回転させることにより立体画像表示器１を上下に移動させることができる。
【００３２】
上記の構成において、図３に示すように、観察者が頭を移動させずに立体画像表示器１を観察している場合には、元のレンズ面位置Ｐ0 に対して直角の方向Ｄ0 に頭の位置Ｈ0 （図中破線で示す）が存在する。ところが、観察者７が図中実線で示す位置Ｈ1 に頭を移動すると、額位置に設けられた反射片１５も移動し、これが位置検出用カメラ１３で撮像され、その撮像信号から位置検出回路１７で位置検出がされる、そして、元の位置からのずれ量に応じた電気信号が回転駆動部１１に出力され、回転駆動部１１は、そのずれ量を補正すべく、立体画像表示器１を回転させる。その結果、観察者の眼の位置は、図３に示す菱形領域、すなわち、観察可能領域ＡR 、ＡL に入るので、観察者の立体画像の観察を継続できる。この場合、観察可能領域ＡR 、ＡL は観察者の額位置を中央として左右に位置しており、かつ領域に幅があるので、顔を左右に移動しても、あるいは顔が立体画像表示器１に正対していなくても、観察者７の左右眼が観察可能領域ＡR 、ＡL に入っている限りは裸眼による立体視が可能となるのである。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明に係る立体映像表示装置の第２の実施の形態を示している。なお、上記第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】
この実施の形態では、観察者７は観察用回転椅子３１に座した状態で立体画像表示器１を観察するようになっている。観察用回転椅子３１には、垂直腕３３と水平腕３５とから成る表示器移動機構３７が取り付けられている。つまり、垂直腕３３の一端は観察用回転椅子３１に取り付けられ、他端は水平腕３５の一端に接続されている。水平腕３５の他端には、移動駆動部３９と回転駆動部４１とを介して表示器回転架台９が懸垂状態で取り付けられている。
【００３５】
表示器回転架台９には、上述した第１の実施形態と同様に、立体画像表示器１と、観察者の眼の位置を検出するための検出用カメラ１３が取り付けられている。また、観察者７も額部分に指標となる反射片１５を装着している。
【００３６】
移動駆動部３９は電動機を備え、水平腕３５上を図中の左右に移動可能に構成されている。従って、移動駆動部３９の移動に伴って表示器回転架台９も左右、すなわち、観察者に対して立体画像表示器１を前後に移動させることができる。回転駆動部４１は、第１の実施形態と同様に表示器回転架台９を観察者の頭（眼）の移動に追従して回転させ、観察者に対して常に立体画像を観察させる。
【００３７】
さらに、観察者７が観察用回転椅子３１を回転させると、その回転に連れて表示器回転架台９が観察者に正対した状態を保持しつつ移動する。このため、観察者７は、座ったまま観察用回転椅子３１を回転しても立体画像の観察を継続することができる。
【００３８】
＜他の実施の形態＞
上記各実施形態においては、眼の位置を検出するために位置検出用カメラ１３を使用したがこのカメラ１３の代わりに、超音波送受信器等の他の検出手段を用いても良い。
【００３９】
また、回転駆動部４１の制御方法は、眼の位置を表わす電気信号が零になるように働く方法でなくても、頭部や両眼の指標の方向に、立体画像表示器１の向きを回転させることができるものであれば、その手段を選ばない。
【００４０】
また、前記各実施の形態においては、観察者７が前後に移動しても初めに設定した前後距離を常に保つように、移動駆動部２５または３９を制御して立体画像表示器１を前後に移動させるように構成しても良い。この場合、眼の位置の検出は、第１、第２の実施の形態と同様に、観察者７の額の指標（反射片７）の位置をカメラ１３で検出することにより実行し、距離の測定には、超音波による方法、あるいは額の指標を２点離れた位置から電気光学的に観測して三角測量で求める方法などを用いる。
【００４１】
また、前記各実施の形態では、画像表示器３の表面に装着される立体視用の光学作用板としてレンチキュラーレンズ３を使用するようにしたが、本発明はこれに限られず、パララックスバリア等であっても良い。
【００４２】
以上の各実施の形態による立体映像表示装置を活用して次のようなシステムを構築することができる。
【００４３】
すなわち、立体画像表示器１の空間の位置、方向、または観察者の頭の位置を検出してその検出された電気信号を、表示画像を獲得するときの撮影カメラの移動データ、あるいは生成するコンピュータグラフィックスの３次元空間データとして利用することにより、観察者７の視点の移動に伴う立体映像を表示でき、観察者７の自由な視線方向の視野に、仮想的に周囲外界を窓から観察できるようにした、いわゆる“自由視野仮想窓”システムを構築することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、観察者が座る観察用回転椅子と、一端が観察用回転椅子に取り付けられた垂直腕とこの垂直腕の他端に接続された水平腕とから成る表示器移動機構と、前記水平腕の他端に懸垂状態で設けられ、前記立体画像表示器を装着すると共にこの立体画像表示器を回転するための表示器回転架台とを備え、立体画像表示器に表示された立体画像を観察中の観察者の眼の位置を直接、または眼の位置に相当する位置を検出し、検出された位置に応じて表示器回転架台を回転駆動するように構成したので、観察者が回転椅子を回転させて自身の位置を移動させてもそれに連動して立体画像表示器が観察者との正対姿勢を確保しつつ回転するため、観察者の位置変化に関わらず常に眼鏡無しの立体視が可能となる。
【００４６】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の立体画像表示装置において、立体画像表示器を観察者に対して前後に移動させる移動手段を備えているので、観察者が前後に移動してもそれに追従して立体画像表示器を移動でき、その結果、観察者の位置変化に関わらず常に眼鏡無しの立体視が可能となる。
【００４７】
また、請求項３の発明によれば、観察者は額部分に反射片または発光体を装着し、この反射片または発光体を指標として観察者の眼の位置に相当する位置を検出するように構成したので、観察者の眼の位置そのものを検出しなくとも簡単な構成により、正確に観察者の眼の位置に相当する位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る立体映像表示装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明における立体画像表示器と観察者との位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明における立体画像表示器と立体視可能領域との関係を示す平面図である。
【図４】本発明に係る立体映像表示装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図５】従来における立体画像表示器と立体視可能領域との関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１  立体画像表示器
３  画像表示器
５  レンチキュラーレンズ
７  観察者
９  表示器回転架台
１１，４１  回転駆動部
１３  位置検出用カメラ
１５  反射片
１７  位置検出回路
１９  第１の腕
２１  第２の腕
２３，３７  表示器移動機構
２５，３９  移動駆動部
２７  接続部
３１  観察用回転椅子
３３  垂直腕
３５  水平腕
【図１】
0003685853.tif 000002
【図２】
0003685853.tif 000003
【図３】
0003685853.tif 000004
【図４】
0003685853.tif 000005
【図５】
0003685853.tif 000006