(57)【要約】【課題】スクリーンの明るさの均一化と漏れ映像の抑制とを実現する。【解決手段】方向依存ディスプレイ装置は、水平に配置されたスクリーン１と、スクリーン１の下部のそれぞれ異なる方向から各ユーザ用に映像を投影する複数の映像投影装置４とを有する。スクリーン１は、光の入射角に依存して光の出射角が一義的に決まる指向性拡散板であり、指向性拡散板は、平板状の透明支持体の上に複数の透明な部分球面突起が平面状に形成されたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザが共有可能な水平型のスクリーンを備え、このスクリーンの周りの異なる方向に存在する複数のユーザに対してそれぞれ異なる映像を同時に提示可能な方向依存ディスプレイ装置において、
水平に配置された前記スクリーンと、
前記スクリーンの下部のそれぞれ異なる方向から各ユーザ用に映像を投影する複数の映像投影装置とを有し、
前記スクリーンは、光の入射角に依存して光の出射角が一義的に決まる指向性拡散板であることを特徴とする方向依存ディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１記載の方向依存ディスプレイ装置において、
前記指向性拡散板は、平板状の透明支持体の上に複数の透明な部分球面突起が平面状に形成されたものであることを特徴とする方向依存ディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項１記載の方向依存ディスプレイ装置において、
さらに、前記スクリーンに対して下から赤外線を照射する赤外線投光器と、
前記スクリーンの下から前記赤外線の反射映像を撮像する赤外線カメラとを有することを特徴とする方向依存ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のユーザが共有可能な水平型のスクリーンを備え、このスクリーンの周りの異なる方向に存在する複数のユーザに対してそれぞれ異なる映像を同時に提示可能な方向依存ディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
議論の反応が即時的で、ジェスチャや表情をも共有できる対面協調作業は、議論を円滑に進める上で有効なコミュニケーション手段である。テーブル上のディスプレイに対して情報を提示することで、対面協調作業を支援するシステムがいくつか提案されている。テーブル型の協調作業支援システムは、ホワイトボードのような垂直型のシステムに比べて、テーブルを囲んだユーザ間の視線やジェスチャ、表情といった非言語モダリティの共有が行いやすい。しかしながら、テーブル上に提示された情報を見るときに、テーブルを挟んで反対側にいるユーザから見た場合には情報が逆に見えるため、ユーザ間で情報の視認性に相違が生じるという問題がある。
【０００３】
このような問題を解消するために、テーブル上の同じスクリーンを共有しているにもかかわらず、ユーザそれぞれに対して異なる映像を提示可能なシステムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載された方向依存ディスプレイテーブル（Lumisight Table ）では、テーブルに対するユーザの方向に応じて異なる映像を提示できる。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】筧康明，飯田誠，苗村健，「インタラクティブな多人数用方向依存ディスプレイ Lumisight Tableの光学設計」，日本バーチャルリアリティ学会第８回大会論文集，p.111-114，2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示された従来の方向依存ディスプレイ装置では、映像提示スクリーンとして視界制御（Lumisty ）フィルムを用いる。Lumisty とは、特定の角度範囲から入射した光だけを拡散させ、それ以外の角度に対しては高い透過性を有する素材であり、光を拡散させる方向からプロジェクタで映像を投影することで、プロジェクタに正対する方向からのみ映像を見ることができるという特性のスクリーンとして使用できる。
【０００６】
この方向依存ディスプレイ装置では、視界制御フィルムを複数枚重ねて透明なテーブル上に配することで、多人数観察に対応した映像の多重化を実現している。非特許文献１では、正方形のテーブルを囲む４人のユーザを想定して、透明な天板に２枚の視界制御フィルムを視界制御方向が直交するように重ねて貼ることで、テーブルを囲んだユーザそれぞれに対して異なる映像を提示することを可能にしている。例えば、テーブル上の情報をそれぞれのユーザの見やすい位置、向きに個人化して提示することができる。図９（Ａ）に示すようにテーブル１００を囲んでいる４人のユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して、スクリーン１０１上の文字をそれぞれのユーザが読みやすい向きに回転させて提示したとき、ユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが実際に見る映像をそれぞれ図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）に示す。
【０００７】
しかしながら、従来の方向依存ディスプレイ装置では、スクリーン中央は明るいがスクリーンの周縁部が暗く、スクリーンの明るさが均一でないという問題点があり、またスクリーンの周縁部に、別の位置に投影しているはずの映像が洩れて見えるという問題点があった。また、４人以上の人数に対応するためには、視界制御フィルムをさらに積層化しなくてはならないが、視界制御フィルムの層が増えるにつれてスクリーンの明るさが減少し、周縁部の映像の漏れがさらに悪化するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スクリーンの明るさの均一化と漏れ映像の抑制とを実現することができる方向依存ディスプレイ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】
【０００９】
本発明は、複数のユーザが共有可能な水平型のスクリーンを備え、このスクリーンの周りの異なる方向に存在する複数のユーザに対してそれぞれ異なる映像を同時に提示可能な方向依存ディスプレイ装置において、水平に配置された前記スクリーンと、前記スクリーンの下部のそれぞれ異なる方向から各ユーザ用に映像を投影する複数の映像投影装置とを有し、前記スクリーンは、光の入射角に依存して光の出射角が一義的に決まる指向性拡散板である。
また、本発明の方向依存ディスプレイ装置の１構成例において、前記指向性拡散板は、平板状の透明支持体の上に複数の透明な部分球面突起が平面状に形成されたものである。
また、本発明の方向依存ディスプレイ装置の１構成例は、さらに、前記スクリーンに対して下から赤外線を照射する赤外線投光器と、前記スクリーンの下から前記赤外線の反射映像を撮像する赤外線カメラとを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、分散角の小さい指向性拡散板をスクリーンとして用いることにより、ユーザから見たスクリーンの明るさを均一化することができ、また他のユーザ用の漏れ映像が見えてしまうことを抑制することができる。
【００１１】
また、スクリーンに対して下から赤外線を照射する赤外線投光器と、スクリーンの下から赤外線の反射映像を撮像する赤外線カメラとを設けることにより、方向依存ディスプレイ装置の内部からスクリーン上の手や物体を認識してシステムヘの入力とする利点を損なうことなく、従来の視界制御フィルムの欠点である視認性を向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる方向依存ディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。方向依存ディスプレイ装置は、天板２の中央部に水平に配置されたスクリーン１と、天板２を支える壁面３と、複数の映像投影装置４と、映像投影装置４からの光を反射してスクリーン１に投影する複数のミラー５と、スクリーン１に対して下から赤外線を照射する赤外線投光器６と、スクリーン１の下から赤外線の反射映像を撮像する赤外線カメラ７と、レンズ８，９とを具備している。
【００１３】
スクリーン１は、天板２の中央部に水平に配置されている。スクリーン１の下には、スクリーン１に入射する光を集光して平行光にするためのレンズ８が水平に配置され、スクリーン１の上には、スクリーン１からの光を集光して平行光にするためのレンズ９が水平に配置されている。本実施の形態では、レンズ８，９としてフレネルレンズを用いているが、レンズ８は他の平面レンズや球面レンズでもよいし、レンズ８を設けなくてもよい。また、レンズ９は他の平面レンズでもよいし、レンズ９を設けなくてもよい。ミラー５は、映像投影装置４からの光をスクリーン１に投影する際に投影距離を稼いで、ディスプレイ装置を小型化するために用いられているが、ミラー５を省略して、映像投影装置４からスクリーン１に直接投影するようにしてもよい。
【００１４】
本実施の形態では、従来の方向依存ディスプレイ装置の問題点を解決するため、視界制御フィルムの代わりに、平板状の透明支持体の上に複数の透明な部分球面突起を平面状に形成した指向性拡散板を、スクリーン１として用いる。図２（Ａ）は本実施の形態のスクリーン１の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。部分球面突起１２は、透明支持体１１上に均一に形成される。本実施の形態では、このような指向性拡散板を部分球面突起１２が上側（すなわち、ユーザと向かい合う側）となるように天板２に配置して、下側から映像投影装置４で映像を投影する。この指向性拡散板については、例えば文献「増森忠昭，上平員丈著，“指向性スクリーンを用いた視域制御表示撮像技術”，電子情報通信学会論文誌，Ｃ−ＩＩ，Ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−ＩＩ，Ｎｏ．１，ｐ．２１３−２２１，１９９８」に開示されている。
【００１５】
スクリーンに通常の拡散板を用いると、投射角度のいかんに拘わらず入射光は広く分散するため、どの方向から観察してもスクリーンの全面がほぼ一様に見える。これに対して、本実施の形態では、スクリーン１に指向性拡散板を用いることで、光の分散が狭くなり、光の入射角に依存して光の出射角が一義的に決まる。したがって、複数台の映像投影装置４を用いてそれぞれ異なる方向から映像をスクリーン１に投影することで、テーブルを囲んだユーザそれぞれに対して異なる映像を提示することが可能となる。
【００１６】
本実施の形態では、図３のように平面視正方形のスクリーン１及び天板２を用いているが、映像投影装置４の投影画像が写せるならば、図４のような長方形のスクリーン１及び天板２を用いてもよい。また、Ｎ台の映像投影装置４を用いて、Ｎ人のユーザに映像を投影する場合には、図５のようにＮ角形（図５の例では６角形）のスクリーン１及び天板２を用いてもよいし、図６のように円形のスクリーン１及び天板２を用いてもよい。
【００１７】
壁面３は、天板２を水平に保ち、ミラー５と赤外線投光器６を固定するために設けられている。ミラー５を用いない場合は壁ではなく、机脚で天板２を支える構造でも構わない。このとき、赤外線投光器６は机脚ないし床面に設置する。本実施の形態では、映像投影装置４としてＤＬＰプロジェクタを用いている。ただし、映像投影装置４は液晶プロジェクタ等の他のプロジェクタでも構わない。映像投影装置４は方向依存ディスプレイ装置の下部に傾斜をつけて設置される。
【００１８】
図７は、図１の方向依存ディスプレイ装置の内部を上から透視した図である。図７において、４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−ＤはそれぞれユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する映像投影装置、５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−ＤはそれぞれユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応するミラーである。本実施の形態では、図７のように４台の映像投影装置４を互いに直交するように配置しているが、映像投影装置を５台以上用いる場合は、図８に示すように環状に配置する。図８の例では、映像投影装置４−Ａ〜４−Ｈとミラー５−Ａ〜５−Ｈとをそれぞれ８台ずつ設置している。
【００１９】
各映像投影装置４の位置及び傾斜角度とミラー５の位置及び傾斜角度は、映像投影装置４とミラー５によって提示される映像がユーザから見やすい角度でスクリーン１に入射するように調整可能である。もちろん事前に適切な位置及び角度を見つけて固定しても構わない。
【００２０】
従来の方向依存ディスプレイ装置では、視界制御フィルムが鉛直方向からの光を透過するという性質を有していたため、ディスプレイ装置の下部にカメラを鉛直上向きに設置すれば、スクリーン上の様子を撮像することができた。しかし、本実施の形態で用いる指向性拡散板には、視界制御フィルムのような性質がないため、可視光領域のカメラを鉛直上向きに設置しただけではスクリーン上の様子を撮像することはできない。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、スクリーン１の下から赤外光を照射し、スクリーン１上に置かれた物体の下部や利用者の手に反射した映像を赤外線カメラ７で撮像するという構成をとる。赤外線投光器６はスクリーン１を均一に照らすように配置されている。本実施の形態では、赤外線投光器６を壁面３に設置しているが、スクリーン１を均一に照らすことができるならば、ディスプレイ装置の下部等の任意の位置に設置してもよい。
【００２２】
赤外線カメラ７は、スクリーン１の全領域が撮像できるように、ディスプレイ装置の下部に鉛直上方向きに設置されている。本実施の形態では、カメラを１台としているが、複数台のカメラを用いても構わない。また、スクリーン１の全領域が撮像できる任意の位置に設置しても構わない。
【００２３】
次に、本実施の形態の方向依存ディスプレイ装置の動作について説明する。まず、図７に示したようにミラー５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−Ｄと正対する位置にユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが着席する（ミラー５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−Ｄを使用しない場合は、映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄと正対する位置に着席する）。この状態で、各映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄからミラー５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−Ｄに向けて映像を投影する。このときの映像は、映像投影装置毎に異なる映像でもよいし、同じ映像でもよく、文字だけ回転させるなど一部だけ変えた映像でも構わない。映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄからの映像はミラー５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−Ｄで反射され、スクリーン１に投影される。これにより、ユーザＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄからの映像のみを見ることができる。
【００２４】
また、あるユーザがスクリーン１上に手をかざす、あるいは物体を置くなどの行為をすると、手や物体が赤外線投光器６から投光された赤外線を反射するので、その位置や形状を赤外線カメラ７で撮像することができる。赤外線カメラ７から出力された撮像信号は、映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄへの映像信号を生成しているコンピュータ等の映像信号生成装置（不図示）に入力される。映像信号生成装置は、例えば赤外線カメラ７によって撮像された画像に応じて、映像投影装置４−Ａ，４−Ｂ，４−Ｃ，４−Ｄから投影する映像を変化させるなどの処理を行う。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、分散角の小さい指向性拡散板をスクリーン１として用いることにより、ユーザから見たスクリーンの明るさを均一化することができ、また他のユーザ用の漏れ映像が見えてしまうことを抑制することができる。なお、スクリーン１の上下にレンズ８，９を用いることで、異なる方向から投影される投射映像をより良好に分離することができる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態で用いたスクリーン１は、例えばガラスやアクリル板などの透明素材を切削、研削、エッチング等の微細加工技術で表面加工して、微小な部分球面突起１２を形成することで実現できる。各部分球面突起１２は直径１００μｍ以下が望ましい。部分球面突起１２の高さは数μｍ程度である。部分球面突起１２のピッチや曲率半径は分散角が小さくなるように設定される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、例えばテーブル型の協調作業支援システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる方向依存ディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の方向依存ディスプレイ装置で用いるスクリーンの平面図及び断面図である。
【図３】図１の方向依存ディスプレイ装置を上から見たときの１形状例を示す平面図である。
【図４】図１の方向依存ディスプレイ装置を上から見たときの他の形状例を示す平面図である。
【図５】図１の方向依存ディスプレイ装置を上から見たときの他の形状例を示す平面図である。
【図６】図１の方向依存ディスプレイ装置を上から見たときの他の形状例を示す平面図である。
【図７】図１の方向依存ディスプレイ装置の内部を上から透視した１例を示す図である。
【図８】図１の方向依存ディスプレイ装置の内部を上から透視した他の例を示す図である。
【図９】従来の方向依存ディスプレイ装置における映像提示の様子と各ユーザからの映像の見え方を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…スクリーン、２…天板、３…壁面、４…映像投影装置、５…ミラー、６…赤外線投光器、７…赤外線カメラ、８、９…レンズ、１１…透明支持体、１２…部分球面突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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