(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の偏光旋光型の透過型ディスプレイパネルと、
前記利用者から最も遠い位置に配置される透過型ディスプレイパネルの利用者の反対側に配置される少なくとも２個のカメラと、
前記利用者から最も近い位置に配置される透過型ディスプレイパネルの前記利用者側に配置される偏光光学素子と、
前記利用者から最も遠い位置に配置される透過型ディスプレイパネルと前記カメラとの間に配置される導光板と、
前記導光板の側面に配置され、所定の偏光を照射する光源とを備える３次元映像提示・撮像装置であって、
前記透過型ディスプレイパネルに画像を表示せずに透過状態にして、前記カメラにより利用者を撮影する状態１と、
前記光源をオンとして、前記各透過型ディスプレイパネルに対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した画像を、前記各透過型ディスプレイパネルにそれぞれ表示し、当該表示される画像の前記利用者から見た輝度を前記各透過型ディスプレイパネル毎にそれぞれ独立に変化させて、３次元立体像を表示する状態２とを、時分割で交互に切り替えて実行する手段を有することを特徴とする３次元映像提示・撮像装置。
【請求項２】
利用者から見て異なった奥行き位置に配置され、透過状態と表示状態とを制御可能な複数の２次元ディスプレイパネルと、
前記利用者から最も遠い位置に配置される２次元ディスプレイパネルの利用者の反対側に配置される少なくとも２個のカメラとを備える３次元映像提示・撮像装置であって、
前記２次元ディスプレイパネルを透過状態にして、前記カメラにより利用者を撮影する状態１と、
前記各２次元ディスプレイパネルに対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した画像を、前記各２次元ディスプレイパネルにそれぞれ表示し、当該表示される画像の前記利用者から見た輝度を前記各２次元ディスプレイパネル毎にそれぞれ独立に変化させて、３次元立体像を表示する状態２とを、時分割で交互に切り替えて実行する手段と、
前記利用者または外光の明るさを測定する測定手段とを有し、
前記測定手段での測定結果に基づき、前記利用者または外光の明るさが明るい時には、前記状態１の継続時間よりも前記状態２の継続時間を長くし、前記利用者または外光の明るさが暗い時には、前記状態２の継続時間よりも前記状態１の継続時間を長くすることを特徴とする３次元映像提示・撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元映像提示・撮像装置に係り、特に、視線一致の状態にて利用者を撮影可能であるとともに、３次元立体像を表示可能な３次元映像提示・撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地理的に離れた者同士が、あたかもそばにいるかのような感覚で面談コミュニケーションを行うシステムが、数多く提案されている。
このようなシステムは、一般に高臨場感通信と呼ばれ、利用者に違和感のないコミュニケーションを提供するためには、主に２つの解決すべき課題がある。
まず、ディスプレイの上部や下部や側部にカメラを配置し、カメラで撮影した画像をそのまま通信して提示し合っているだけのシステムにおいては、ディスプレイを見る目線とカメラの光軸が一致していないため、利用者がお互いに視線を合わせることができず、アイコンタクトによる意思の疎通が困難である。すなわち、「視線一致」の課題がある。
ハーフミラーを用いてディスプレイとカメラの位置を光学的に合わせたシステムはこの課題を一応は解決するものの、ハーフミラーを配置する広い空間を要することや、光量の減少を伴うために実用的であるとは言い難い。
そのため、光の透過状態と不透過状態を交互に制御されるスクリーンを用い、透過状態のときに撮影を行い、不透過状態の時に映像の投影を行うシステムが考案された。（下記、特許文献１、特許文献２参照）。
しかし、前述の特許文献１、特許文献２に開示されている、プロジェクタを用いるシステムは、十分にコンパクトであるとは言えない。
また、これらのシステムでは、お互いの姿をある１つのカメラで撮影した画像（即ち、２次元画像）を提示し合っている。しかし、２次元画像は、利用者に平面的な印象を与えてしまい、臨場感が著しく欠落してしまうという問題がある。 
よって、利用者の姿は３次元映像により表現されることが望ましい。これが２つ目の課題である。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特許第３０１１４３９号明細書
【特許文献２】特開平８−３２９４８号公報
【特許文献３】特許第３０２２５５８号明細書
【特許文献４】特許第３４６０６７１号明細書
【非特許文献１】國田豊，他５名  “没入型裸眼立体ディスプレイTWISTER Iの設計と試作”,映像情報メディア学会誌，Vol.55,No.5,pp.671-677,2001.
【非特許文献２】國田豊，橋本秋彦，木村一夫，中沢憲二  「信頼度を利用した多層平面レンダリング法の提案」，３次元画像コンファレンス2004講演論文集，pp.135-138，３次元画像コンファレンス2004実行委員会，2004．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の非特許文献１において提案されているシステムは、前述の課題を満たしている。
TWISTERと呼ばれるこのシステムにおいては、立体映像を提示するユニットと利用者を撮影するユニットが一体となり、利用者の周りを取り囲んで回転することで、立体映像の提示と撮影を共に実現する。
しかしながら、TWISTERと呼ばれるこのシステムは、回転機構を有するために装置規模が大きくなり、取り扱いが容易ではない。
このような背景のもと、高臨場感通信を実現するためには、立体映像の撮影と提示が共に行え、かつコンパクトな装置が必要とされている。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、利用者の撮影と、３次元立体像の提示を共に行うことが可能で、かつコンパクトな３次元映像提示・撮像装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の課題を解決するために、本発明は、利用者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の偏光旋光型の透過型ディスプレイパネルと、前記利用者から最も遠い位置に配置される透過型ディスプレイパネルの利用者の反対側に配置される少なくとも２個のカメラと、前記利用者から最も近い位置に配置される透過型ディスプレイパネルの前記利用者側に配置される偏光光学素子と、前記利用者から最も遠い位置に配置される透過型ディスプレイパネルと前記カメラとの間に配置される導光板と、前記導光板の側面に配置され、所定の偏光を照射する光源とを備える３次元映像提示・撮像装置であって、前記透過型ディスプレイパネルに画像を表示せずに透過状態にして、前記カメラにより利用者を撮影する状態１と、前記光源をオンとして、前記各透過型ディスプレイパネルに対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した画像を、前記各透過型ディスプレイパネルにそれぞれ表示し、当該表示される画像の前記利用者から見た輝度を前記各透過型ディスプレイパネル毎にそれぞれ独立に変化させて、３次元立体像を表示する状態２とを、時分割で交互に切り替えて実行する手段を有することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、利用者から見て異なった奥行き位置に配置され、透過状態と表示状態とを制御可能な複数の２次元ディスプレイパネルと、前記利用者から最も遠い位置に配置される２次元ディスプレイパネルの利用者の反対側に配置される少なくとも２個のカメラとを備える３次元映像提示・撮像装置であって、前記２次元ディスプレイパネルを透過状態にして、前記カメラにより利用者を撮影する状態１と、前記各２次元ディスプレイパネルに対して表示対象物体を前記利用者の視線方向から射影した画像を、前記各２次元ディスプレイパネルにそれぞれ表示し、当該表示される画像の前記利用者から見た輝度を前記各２次元ディスプレイパネル毎にそれぞれ独立に変化させて、３次元立体像を表示する状態２とを、時分割で交互に切り替えて実行する手段と、前記利用者または外光の明るさを測定する測定手段とを有し、前記測定手段での測定結果に基づき、前記利用者または外光の明るさが明るい時には、前記状態１の継続時間よりも前記状態２の継続時間を長くし、前記利用者または外光の明るさが暗い時には、前記状態２の継続時間よりも前記状態１の継続時間を長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、利用者の撮影と、３次元立体像の提示を共に行うことが可能で、かつコンパクトな３次元映像提示・撮像装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
始めに、本発明の基本となるＤＦＤ型の３次元表示装置について説明する。
［ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例］
図１２は、ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例を説明するための図である。
図１２に示す３次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
前記２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイパネル、ＬＥＤディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、ＥＬディスプレイパネル、ＦＥＤディスプレイパネル、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイパネル、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図１２は、前述の特許文献３に記載されているものと同じ構成のものであり、また、この表示面の設定方法については、前述の特許文献３を参照されたい。
図１２に示す３次元表示装置では、図１３に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から３次元物体１０４をカメラで撮影した２次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の２次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
【０００９】
図１２に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
かかる構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることで、３次元物体１０４の３次元立体像を表示する。
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図１４に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１５に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
【００１０】
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１６に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
さらに、例えば、３次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１７に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
【００１１】
なお、前記説明においては、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、例えば、表示面（１０１，１０２）に表示した２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図１２に示す３次元表示装置は、例えば、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
３次元物体自体が有する奥行きを表現する場合における重要な要点は、図１２に示す構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。
なお、前述の説明では、２次元像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者に提示する物体が２つの面の間にある場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する物体の位置が異なる場合であっても、同様な手法により３次元立体像を表示することが可能であることは明らかである。
例えば、面が３つで、観察者１００に近い面と、中間の面との間に第１の３次元物体が、中間の面と、観察者１００に遠い面との間に第２の３次元物体が存在する場合には、観察者１００に近い面と、中間の面とに、第１の３次元物体の２Ｄ化像を表示し、中間の面と、観察者１００に遠い面とに第２の３次元物体の２Ｄ化像を表示することで、第１および第２の３次元物体の３次元立体像を表示することができる。
【００１２】
さらに、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合に関しては、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の２次元表示装置の場合と同様に表示面内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元立体像の奥行き位置の時間的変化に対応して変化させることにより、３次元像の動画を表現できることは明らかである。
例えば、３次元立体像が表示面１０１より表示面１０２まで時間的に移動する場合について説明する。
３次元立体像が表示面１０１上にある場合には、図１４に示すように、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元立体像の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元立体像が、次第に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、図１５に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的に少し上げる。
【００１３】
次に、例えば、３次元立体像が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置に時間的に移動する場合には、図１６に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げる。
さらに、例えば、３次元立体像が表示面１０２上まで時間的に移動してきた場合には、図１７に示すように、３次元立体像の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元立体像の輝度に等しくなるまで時間的に変化させ、かつ表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度がゼロとなるまで変化させる。
このように表示することにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の間を、表示面１０１から表示面１０２に３次元立体像が奥行き方向に移動するように感じられる。
【００１４】
なお、前述の説明では、３次元立体像が表示面１０１から表示面１０２まで移動する場合について述べたが、これが表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面１０２まで移動する場合や、表示面１０１から表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置まで移動する場合や、表示面（１０１，１０２）の間の途中の奥行き位置から表示面（１０１，１０２）の間の途中の別な奥行き位置まで移動する場合であっても、同様なことが可能なことは明らかである。
なお、前述の説明では、２Ｄ化像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ記述し、かつ観察者１００に提示する３次元立体像が２つの面の間を移動する場合について述べたが、２次元像を配置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する３次元物体が複数の面をまたがって移動する場合であっても、同様な手法により、３次元立体像を表示可能であり、同様な効果が期待できることは明らかである。
また、前述の説明では、１個の３次元立体像が２次元像を配置する二つの面内で移動する場合について説明したが、複数個の３次元物体が移動する場合、即ち、表示される２次元像が、それぞれ移動方向の異なる複数の物体像を含む場合には、各表示面に表示される物体像の輝度を、物体像毎に、その物体の移動方向および移動速度に応じて変化させればよいことは明らかである。
【００１５】
［ＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例］
図１８は、本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
図１８に示す３次元表示装置は、観察者１００の前方に、複数の透過型表示装置、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）（透過型表示装置１１１が透過型表示装置１１２より観察者１００に近い）と、種々の光学素子と、光源１１０を用いて光学系１０３を構築する。即ち、本実施例では、前述の図１２における表示面（１０１，１０２）に代えて、透過型表示装置（１１１，１１２）を用いるものである。
前記透過型表示装置（１１１，１１２）としては、例えば、ツイストネマティック型液晶ディスプレイパネル、イン・プレイン型液晶ディスプレイパネル、ホモジニアス型液晶ディスプレイパネル、強誘電液晶ディスプレイパネル、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイパネル、高分子分散型液晶ディスプレイパネル、ホログラフィック高分子分散型液晶ディスプレイパネル、あるいはこれらの組み合わせなどを使用する。また、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲面鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
なお、図１８では、バックライト（光源）１１０が、観察者１００から見て最も後方に配置された場合を示し、また、図１８は、前述の特許文献４に記載されているものと同じ構成のものである。
【００１６】
図１８に示す３次元表示装置においても、前述の図１３に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００から見て、前記透過型表示装置（１１１，１１２）へ射影した２Ｄ化像（１０７，１０８）を生成する。
前記２Ｄ化像（１０７，１０８）を、図１８に示すように、各々透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との双方に、観察者１００の右眼と左眼を結ぶ線上の一点から見て重なるように、２Ｄ化像（１０７，１０８）として表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大／縮小率を制御することで可能となる。
前記構成を有する装置上で、観察者１００が見る像は、光源１１０から射出された光で、２Ｄ化像１０８を透過し、さらに２Ｄ化像１０７を透過した光によって生成される。
図１８に示す３次元表示装置では、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の配分を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えて、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との間に存在する３次元物体の３次元立体像を表示する。
【００１７】
その２Ｄ化像（１０７，１０８）の各々の透過度の変え方の一例について説明する。
例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１１１上にある場合には、透過型表示装置１１１上の透過度を、２Ｄ化像１０７の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を、例えば、その透過型表示装置１１２の最大値とする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、透過型表示装置１１１より透過型表示装置１１２側に少し寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を少し増加させ、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度を少し減少させる。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、透過型表示装置１１１より透過型表示装置１１２側にさらに寄った位置にある場合には、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度をさらに増加させ、透過型表示装置１１２上の２Ｄ化像１０８の部分の透過度をさらに減少させる。
さらに、例えば、３次元物体１０４が透過型表示装置１１２上にある場合には、透過型表示装置１１２上の透過度を、２Ｄ化像１０８の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、透過型表示装置１１１上の２Ｄ化像１０７の部分の透過度を、例えば、透過型表示装置１１１の最大値とする。
【００１８】
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０７，１０８）であっても、観察者１００にはあたかも透過型表示装置（１１１，１１２）の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０７，１０８）を表示した場合には、透過型表示装置（１１１，１１２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
なお、前述の説明においては、例えば、３次元物体全体の奥行き位置を、例えば、透過型表示装置（１１１，１１２）に表示した２次元像を用いて表現する方法について主に述べたが、図１８に示す３次元表示装置においても、図１２に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、例えば、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。
また、図１８に示す３次元表示装置においても、図１２に示す３次元表示装置で説明した方法と同様の手法により、２Ｄ化像が３次元的に移動する場合には、観察者１００の左右上下方向への移動に関しては通常の２次元表示装置の場合と同様に透過型表示装置内での動画再生によって可能であり、また、奥行き方向への移動に関しては、複数の透過型表示装置における透過度の変化を時間的に行うことで、３次元立体像の動画を表現することができることは明らかである。
【００１９】
［図１８に示す３次元表示装置の変形例］
図１９は、図１８に示す３次元表示装置の変形例を説明するための図である。
図１９に示す３次元表示装置では、偏光板２０３と、偏光板２１３との間に、透過型表示装置１１１と、散乱板２０４と、透過型表示装置１１２とが配置される。
透過型表示装置１１１は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２０１と、カラーフィルタ２０２とで構成され、同様に、透過型表示装置１１２は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル２１１と、カラーフィルタ２１２とで構成される。
また、偏光板２１３の後方（偏光板２１３の透過型表示装置１１２と反対の側）に、光源（バックライト）２０５が配置される。
ここで、液晶表示パネル（２０１，２１１）は、ツイストネマティック型液晶ディスプレイパネル、イン・プレイン型液晶ディスプレイパネル、ホモジニアス型液晶ディスプレイパネル、強誘電液晶ディスプレイパネル、反強誘電液晶ディスプレイパネルなどから偏光板を取り除いた装置で構成される。
液晶表示パネル（２０１，２１１）は、各画素単位で、偏光の方向を変化できるので、出射光の偏光方向と、出射側の偏光板の偏光方向により、出射する光の強度を変化でき、全体として光の透過度を変化させることができる。
したがって、液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、通過する光の偏光方向を制御することにより、液晶表示パネル２０１および液晶表示パネル２１１毎に、独立に透過度を変化させることができる。
【００２０】
図１９に示す３次元表示装置でも、前述した手法により、透過型表示装置（１１１，１１２）上、あるいは、透過型表示装置１１１と透過型表示装置１１２との間の任意の位置に、３次元立体像を表示することが可能である。
しかも、図１９に示す３次元表示装置では、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の各画素単位に、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３色から成るカラーフィルタ（２０２，２１２）を配置するようにしたので、カラー画像の３次元立体像を表示することができる。
但し、図１９に示す３次元表示装置では、偏光方向が、液晶表示パネル２０１と液晶表示パネル２１１とを通過する間に変化することを考慮して、各液晶表示パネル（２０１，２１１）の偏光方向の制御を行う必要がある。
図１９に示す３次元表示装置では、各透過型表示装置（１１１，１１２）は、偏光可変装置として機能する液晶表示パネル（２０１，２１１）と、カラーフィルタ（２０２，２１２）とで構成される。そのため、カラーフィルタ２０２と、カラーフィルタ２１２とにおける、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各フィルタの配列方向、配列ピッチ等の違いにより、モアレが発生する恐れがある。
そのため、図１９に示す３次元表示装置では、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２１２との間に、散乱板２０４を配置し、前述したモアレが発生するのを防止するようにしている。
【００２１】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。図１（ａ）に示すように、本実施例の３次元映像提示・撮像装置は、透過状態と表示状態とを制御可能な複数（ここでは、４個）の２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）と、２次元ディスプレイパネル２１の利用者１の反対側に配置されるカメラ１１とを備える。ここで、各２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）は、透明ディスプレイパネルで構成される。
本実施例では、図１（ｃ）に示す状態１と、図１（ｂ）に示す状態２とを、時分割で交互に実行する。
（１）状態１
各２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）に何も表示せず透過状態にする。この状態では、背面のカメラ１１と利用者１の間を光学的に遮蔽するものはなにもないので、カメラ１１により利用者１の姿を撮影することができる。
（２）状態２
各２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）に画像を表示する。この状態では、本実施例の３次元映像提示・撮像装置は、ＤＦＤ型の３次元表示装置となるため、各２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）に前述の２Ｄ化像を表示し、利用者１に３次元立体像を表示することができる。
【００２２】
前述したこの２つの状態を、利用者１が知覚できる以上の速さで交互に切り替えることにより、画像の撮影と提示が一体となった３次元画像端末を実現することができる。
なお、本実施例の３次元映像提示・撮像装置において、図１に示す２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）として、透明な電極アレイと発光物質により構成される自発光型の透明ディスプレイを使用することも可能である。自発光型の透明ディスプレイは、例えば、ＥＬなどで構成される。
この場合に、自発光型の透明ディスプレイは、自ら発光して画像を提示するために、照明パネルが必要な透過型のディスプレイと比較して、装置を薄型化することができる。
また、透過に伴う光量のロスが少ないので、提示画像および撮影画像の画質を向上させることができる。
【００２３】
［実施例２］
図２は、本発明の実施例２の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、図２（ａ）に示すように、図１に示す各２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）が、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）であり、導光板１２と、導光板１２の側面に配置される光源１３とを有する点で前述の実施例１と相違する。
ここで、導光板１２と、導光板１２の側面に配置される光源１３とは、照明パネルを構成する。また、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）は、例えば、液晶ディスプレイパネルで構成される。また、光源１３は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。
本実施例によれば、従来法のように光源を透過型ディスプレイの背面に配置するのではなく、導光板１２の側面に光源１３を配置し、各透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）に画像（前述の２Ｄ化像）を表示するときには、導光板１２内での全反射および導光板１２表面での散乱を利用する。
そのため、図２（ｂ）に示すように、光源１３がＯＮの時（状態２の時）には、導光板１２から照射される光は均一な照明となる。
また、図２（ｃ）に示すように、光源１３がＯＦＦの時（状態１の時）には、導光板１２は透明な状態となり、カメラ１１により利用者１の姿を撮影することができる。
また、本実施例では、光源１３とカメラ１１の空間的な配置が干渉することがないので、本実施例では、薄型でコンパクトな実装をとることが可能となる。
さらに、状態１と状態２の切り替えにおいて、導光板１２と光源１３とから成る照明パネルが行う処理は、光源１３のＯＮ・ＯＦＦのみであるため、切り替え処理を高速に行うことが可能である。よって、提示画像および撮影画像の画質を向上させることが可能となる。
【００２４】
［実施例３］
図３は、本発明の実施例３の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、図３（ａ）に示すように、前述の実施例２において、導光板１２の透過型ディスプレイパネル１５ｄ側に、拡散・透過制御パネル１４を配置したものである。また、図３（ａ）には図示していないが、導光板１２のカメラ１１側に、拡散・透過制御パネル１４を配置することもできる。ここで、拡散・透過制御パネル１４は、例えば、高分子分散型液晶ディスプレイパネルで構成される。
本実施例によれば、図３（ｂ）に示すように、光源１３をＯＮの時（状態２の時）に、同時に拡散・透過制御パネル１４を拡散状態にすることにより、導光板１２から照射される光は均一な照明となる。
また、図３（ｃ）に示すように、光源１３がＯＦＦの時（状態１の時）に、同時に拡散・透過制御パネル１４を透過状態にすることで、カメラ１１により利用者１の姿を撮影することができる。
本実施例では、導光板１２および光源１３のみの場合に比べ、表示と透過の状態の効果がより明確に現れるので、提示画像および撮影画像の画質を向上させることができる。
【００２５】
［実施例４］
図４は、本発明の実施例４の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、導光板１２として、光の放出方向が透過型ディスプレイ方向のみである導光板を使用する点で、前述の実施例２と相違する。
本実施例によれば、図４（ｂ）に示すように、光源１３がＯＮの時（状態２の時）に、導光板１２からの光の放出方向が、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）方向のみであり、カメラ１１の方向には光が放出しないために、光源１３から照射された光の大半を各透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）の照明として用いることができ、光の利用効率を向上させることができる。
また、状態１と状態２の切り替えにおいて、導光板１２と光源１３とから成る照明パネルが行う処理は、光源１３のＯＮ・ＯＦＦのみであるため、切り替え処理を高速に行うことが可能である。よって、提示画像および撮影画像の画質を向上させることが可能となる。
【００２６】
［実施例５］
図５は、本発明の実施例５の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、図５（ａ）に示すように、図１に示す２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）が、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル（２５ａ〜２５ｄ）であり、導光板１２と、導光板１２の側面に配置される偏光光源と、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル２５ａの利用者側に配置される偏光光学素子１７とを有する点で、前述の実施例１と相違する。
ここで、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）は、例えば、パネル両側に添付された偏光板を取り外した液晶ディスプレイパネルで構成される。また、偏光光源は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などから成る照明光源１３と偏光光学素子１８とで構成される。偏光光学素子（１７，１８）は、一般の偏光板で構成できる。さらに、導光板１２と、導光板１２の側面に配置される光源１３とは、照明パネルを構成する。
本実施例によれば、画像提示状態の時（状態２の時）には、偏光光源から照射された偏光が、偏光状態を保ったまま導光板１２から、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル側に放射され、提示画像のパターンに応じて光が旋光された後、偏光光学素子１７を通り利用者１に提示される。
一方、画像撮影の時（状態１の時）には、被写体である利用者側からの光は、偏光光学素子１７を通り、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル（２５ａ〜２５ｄ）を通り、導光板１２を通ってカメラ１１に到達する。
したがって、本実施例では、図１に示す２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）として、透過型ディスプレイパネル（例えば、液晶ディスプレイパネル）を用いた場合と比べ、カメラ１１にとって偏光光学素子が１枚減り、偏光光学素子を通る光のロスが低減される。したがって、撮影画像の画質を向上させることが可能となる。
【００２７】
［実施例６］
図６は、本発明の実施例６の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、導光板１２として、光の放出方向が偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル方向のみである導光板を使用する点と、画像撮影（状態１）の期間においても、光源１３を点灯する点で、前述の実施例５と相違する。
本実施例によれば、状態１と状態２の切り替えにおいて、光源１３のＯＮ・ＯＦＦも、導光板１２と光源１３とから成る照明パネルの状態切替えも必要ないため、装置を簡便化することができる。
画像撮影の時（状態１の時）においても、利用者側に光が照射されるため、周囲が暗く被写体の照度が不足している環境においても、良好な画像を撮影することができる。
なお、図示は省略するが、前述の実施例４の場合にも、画像撮影（状態１）の期間に、光源１３を点灯するようにしてもよい。
【００２８】
［実施例７］
図７は、本発明の実施例７の３次元映像提示・撮像装置における光源の発光タイミングを説明する図である。
本実施例では、光源１３として、複数の波長（色）の光を発光可能な光源を使用する。
そして、本実施例では、図７のＲ，Ｇ，Ｂに示すように、光源１３の発光波長（色）を逐次的に変化させて点灯し、しかも、点灯のパターンに同期して、各透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）、あるいは、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル（２５ａ〜２５ｄ）の表示も変化させることで、カラー画像を表示するようにしたものである。
本実施例によれば、カラー表示する際に、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）、あるいは、偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル（２５ａ〜２５ｄ）と組み合わせて使用される、格子状のカラーフィルタが不要となる。
即ち、利用者１とカメラ１１の間から、カラーフィルタが取り除かれるぶん、被写体（利用者）からカメラ１１に到達するまでの光量のロスがなくなり、また、カラーフィルタによる格子模様も認められないため、撮影画像の画質を向上させることができる。
【００２９】
［実施例８］
図８は、本発明の実施例８の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、図８に示すように、図１に示す２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）が、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）であり、透明照明パネル１９を有する点で、前述の実施例１と相違する。
ここで、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）は、例えば、液晶ディスプレイパネルで構成される。また、透明照明パネル１９は、例えば、透明電極とＥＬなどの発光物質を組み合わせた透明照明パネルで構成される。
本実施例によれば、透明照明パネル１９がＯＮの状態（状態２）では、均一で高輝度の面照明が得られる一方で、透明照明パネル１９がＯＦＦの状態（状態１）では、高い透明度が得られる。したがって、提示画像および撮影画像の画質を向上させることができる。
【００３０】
［実施例９］
図９は、本発明の実施例９の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
本実施例は、図９に示すように、透明照明パネル１９として、発光波長が異なる複数の透明照明パネル（図９では、赤色を発光する透明照明パネル１９ｒ、緑色を発光する透明照明パネル１９ｇ、青色を発光する透明照明パネル１９ｂ）を積層し、当該多層照明パネルの発光パターンを逐次的に変化させて点灯し、しかも、点灯のパターンと同期して、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）の表示も変化させることでカラー画像を表示するようにした点で、前述の実施例８と相違する。
本実施例によれば、カラー表示する際に、透過型ディスプレイパネル（１５ａ〜１５ｄ）と組み合わせて使用される、格子状のカラーフィルタが不要となる。
即ち、利用者１とカメラ１１の間から、カラーフィルタが取り除かれるぶん、被写体（利用者）からカメラ１１に到達するまでの光量のロスがなくなり、また、カラーフィルタによる格子模様も認められない。
また、透明照明パネル（１９ｒ，１９ｇ，１９ｂ）がＯＮの状態（状態２）では、均一で高輝度の面照明が得られる一方、透明照明パネル（１９ｒ，１９ｇ，１９ｂ）がＯＦＦの状態（状態１）で高い透明度が得られる。したがって、提示画像および撮影画像の画質を向上させることができる。
【００３１】
［実施例１０］
図１０は、本発明の実施例１０の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。なお、図１０では、２次元ディスプレイパネルが２つの場合を図示している。
本実施例は、図１０（ａ）に示すように、前述の実施例１において、２次元ディスプレイパネル（２１ａ，２１ｂ）の間に、第２の拡散・透過制御パネル３１を配置したものである。ここで、拡散・制御パネル３１は、例えば、高分子分散型液晶ディスプレイパネルで構成される。
一般に、２次元ディスプレイパネル２１ｂの最も小さな周期を持つ構造と、前方に配置される２次元ディスプレイパネル２１ａの最も小さな周期を持つ構造とが、利用者１から見たときに、わずかにずれて観察されるときにモアレが生じる。ここで、最も小さな周期を持つ構造とは、例えば、カラーフィルタ配列構造、あるいは、ブラックマトリックス配列構造である。
本実施例によれば、図１０（ｂ）に示すように、光源１３がＯＮの時（状態２の時）に、同時に拡散・透過制御パネル３１を拡散状態にする。このとき、２次元ディスプレイパネル２１ｂの最も小さな周期を持つ構造が、利用者１から視認できなくなるように、拡散・制御パネル３１の拡散度と、拡散・制御パネル３１と２次元ディスプレイパネル２１ｂとの間の間隔とを設定する。これにより、本実施例ではモアレを防止することができる。
また、図３（ｃ）に示すように、光源１３がＯＦＦの時（状態１の時）に、同時に拡散・透過制御パネル３１を透過状態にすることで、カメラ１１により利用者１の姿を撮影することができる。
以上の説明では、２つの２次元ディスプレイパネル２１ａ，２１ｂの間に拡散・透過制御パネル３１を配置する例について述べたが、２次元ディスプレイパネル２１ａの利用者１側に拡散・透過制御パネル３１を配置しても、拡散・透過制御パネル３１の拡散度および拡散・透過制御パネル３１と２次元ディスプレイパネル２１ｂ（または２１ａ）との間隔を適切に設定することにより、２次元ディスプレイパネル２１ｂ（または２１ａと２１ｂ）の最も小さな周期を持つ構造が利用者１から視認できなくすれば、上記の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、２次元ディスプレイパネルが３つ以上の場合にも、上記の場合と同様、各２次元ディスプレイパネルの間のいずれか、もしくは利用者から最も近い位置に配置されている２次元ディスプレイパネルの利用者側に拡散・透過制御パネルを配置すればよい。
【００３２】
［実施例１１］
本発明の実施例１１の３次元映像提示・撮像装置は、状態１の継続時間と、状態２の継続時間とを異ならせるようにしたものである。
本実施例によれば、状態２、即ち、画像提示の期間を長くとり表示の明るさをとるか、状態１、即ち、撮影の期間を長くとり（露光時間を多くとり）撮影画像の明るさをとるか、両者のトレードオフを調節することができる。
したがって、表示画像と撮影画像の画質を総合的に判断して、両者のバランスがとれた構成をとることができる。
【００３３】
［実施例１２］
本発明の実施例１２の３次元映像提示・撮像装置は、状態１の継続時間と、状態２の継続時間を、カメラ１１、あるいは、別途設置した光センサにより測定された被写体または外光の明るさによって決定するようにした点で、前述の実施例１１と相違する。
本実施例によれば、表示と撮影に必要な光量のバランスを環境に適応して配分することができる。
例えば、明るい環境で用いる際には、２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）を明るくする必要があるのに対して、撮影の露光時間は短くてよい。そのため、状態２の期間を長く、状態１の期間を短く配分することで、撮影画像の画質を犠牲にすることなく、表示画像の画質を向上させることができる。
また、逆に暗い環境で用いる際には、状態２の期間を短く、状態１の期間を長く配分することで、表示画像の画質を犠牲にすることなく、撮影画像の画質を向上させることができる。
【００３４】
［実施例１３］
本発明の実施例１３の３次元映像提示・撮像装置は、カメラ１１で撮影した利用者１の画像を基に、当該利用者１の両眼の位置を検出し、その位置に応じて、２次元ディスプレイパネル（２１ａ〜２１ｄ）に表示する画像を適応的に変化させるようにしたものである。
本実施例によれば、自動的に利用者１の両眼の位置が適視位置になるよう、装置側で制御がなされるため、利用者１が規定の適視位置に両眼を合わせなくても、さらには動いても立体視が可能となる。
ここで、カメラ１１は１つである場合を説明したが、２つ以上の場合、三角測量の原理により、より精度が高く両眼の位置を検出することが可能である。
また、図１１のように、補助光源１４１により光線（例えば、赤外光）を投射し、レンズ系１４２を経て、利用者１の瞳孔１４３を通り網膜１４４で反射する光線の網膜像をカメラ１１で撮影することで、容易に利用者の眼の位置を検出することが可能である。
ここで利用した現象は、フラッシュを用いて人物を撮影した際に写真に現れる「赤目」としてよく知られるものである。
なお、前述の各実施例の３次元映像提示・撮像装置において、カメラ１１の台数を２台以上となし、そのうち２つ以上のカメラ１１からの画像を選択し、当該カメラ１１が組み込まれた端末、もしくは他の同様な端末において利用者１に提示するＤＦＤ画像を生成することができる。
【００３５】
［実施例１４］
本発明の実施例１４の３次元映像提示・撮像装置は、カメラ１１の台数を２台以上となし、その撮影画像をもとに新たな画像を合成し、当該カメラ１１が組み込まれた端末、もしくは他の同様な端末において利用者１に提示する画像（前述の２Ｄ化像）とするものである。
本実施例によれば、実際にカメラ１１で撮影した画像だけでなく、新たに合成された画像を提示することができるため、カメラ１１の数より多数の視差画像を提示することができ、滑らかな３次元映像を提示することができる。
また、実際にカメラ１１を配置していない場所からの映像を合成できるため、実装上のカメラ１１配置が容易になる。
異なる位置で撮影された画像を元に新たな視点位置の画像を生成する方法は、前述の非特許文献２を参照されたい。
【００３６】
［実施例１５］
本発明の実施例１５の３次元映像提示・撮像装置は、カメラ１１で撮影した利用者の画像中の両眼画像を検出し、提示する画像に反映することを特徴とする。
本実施例によれば、利用者が頭部を動かした際に、その動きに応じた映像の変化を提示することができ、利用者が運動視差を手がかりとして３次元画像を知覚することが可能になる。
また、利用者が画像中のどの領域に注目しているかを検出することで、注目している領域を強調して表示したり、あるいは注目点の軌跡を追跡することで利用者が何に関心を持っているかを解析することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施例２の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明の実施例３の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施例４の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図５】本発明の実施例５の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図６】本発明の実施例６の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図７】本発明の実施例７の３次元映像提示・撮像装置における光源の発光タイミングを説明する図である。
【図８】本発明の実施例８の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施例９の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の実施例１０の３次元映像提示・撮像装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図１１】利用者の眼の位置を検出する検出システムの一例を示す図である。
【図１２】本発明の基本となる３次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の基本となる３次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１５】本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１６】本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１７】本発明の基本となる３次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１８】本発明の前提となるＤＦＤ型の３次元表示装置の他の例を説明するための図である。
【図１９】図１３に示す３次元表示装置の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  利用者
１１  カメラ
１２  導光板
１３  光源
１４，３１  拡散・透過制御パネル（例えば、高分子分散型液晶ディスプレイパネル）
１５ａ〜１５ｄ  透過型ディスプレイパネル（例えば、液晶ディスプレイパネル）
２５ａ〜２５ｄ  偏光旋光型の透過型ディスプレイパネル
１６  バリア装置
１７，１８  偏光光学素子（例えば、偏光板）
１９  透明照明パネル（例えば、ＥＬ）
１９ｒ  赤色を発光する透明照明パネル
１９ｇ  緑色を発光する透明照明パネル
１９ｂ  青色を発光する透明照明パネル
２１ａ〜２１ｄ  ２次元ディスプレイパネル
１００  観察者
１０１，１０２  表示面
１０３  光学系
１０４  ３次元物体
１０５，１０６，１０７，１０８  ２Ｄ化像
１１１，１１２  透過型表示装置
１１０，２０５  バックライト
１４１  補助光源
１４２  レンズ系
１４３  利用者の瞳孔
１４４  利用者の網膜
２０１，２１１  液晶表示パネル
２０２，２１２  カラーフィルタ
２０３，２１３  偏光板
２０４  散乱板
【図１】
0004472607.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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