(57)【要約】【課題】  観察者に視認させる映像光の偏光状態が崩れること及びハレーションを低減しつつ、１台のみの映像投影手段によって偏光制御方式の立体視を実現する。【解決手段】  右眼用偏光フィルタ４Ｒ及び左眼用偏光フィルタ４Ｌが形成された偏光メガネ４と、スクリーン２と、右眼用映像信号と左眼用映像信号とを生成する映像生成装置５と、右眼用映像光と左眼用映像光とを所定の周期で切り換えて出射する時分割プロジェクタ１と、出射された映像光のうち、右眼用映像光を通過させる状態と左眼用映像光を通過させる状態とを切り換え可能な時分割偏光フィルタ３とを備え、同期装置６は、時分割プロジェクタ１が右眼用映像光を出射する状態と左眼用映像光を出射する状態との切り換え周期と、時分割偏光フィルタ３が右眼用映像光を通過させる状態と左眼用映像光を通過させる状態との切り換え周期との同期を確立する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者に立体映像を提示する仮想現実感生成システムであって、
前記観察者に装着され、第１の偏光方向の映像光を通過させる右眼用偏光フィルタと第２の偏光方向の映像光を通過させる左眼用偏光フィルタとが形成された偏光メガネと、
映像が投影されるスクリーンと、
前記右眼用映像光を生成するための右眼用映像信号と前記左眼用映像光を生成するための左眼用映像信号とを生成する映像信号生成手段と、
前記映像信号生成手段で生成された右眼用映像信号と左眼用映像信号を用いて、前記第１の偏光方向の右眼用映像光と前記第２の偏光方向の前記第２の左眼用映像光とを所定の周期で切り換えて出射する時分割映像投影手段と、
前記時分割映像投影手段から出射された映像光のうち、前記第１の偏光方向の映像光を通過させる状態と前記第２の偏光方向の映像光を通過させる状態とを切り換え可能な時分割偏光フィルタと、
前記時分割映像投影手段が右眼用映像光を出射する状態と左眼用映像光を出射する状態との切り換え周期と、前記時分割偏光フィルタが前記第１の偏光方向の映像光を通過させる状態と前記第２の偏光方向の映像光を通過させる状態との切り換え周期との同期を確立する同期確立手段と
を備えることを特徴とする仮想現実感生成システム。
【請求項２】
前記スクリーンは、前記時分割映像投影手段から出射された右眼用映像光及び左眼用映像光を拡散させて反射するものであり、
前記時分割偏光フィルタは、前記観察者と前記スクリーンとの間に設けられ、当該スクリーンで反射した映像光を通過させることを特徴とする請求項１に記載の仮想現実感生成システム。
【請求項３】
前記時分割偏光フィルタは、前記時分割映像投影手段から出射された映像光が直接スクリーンに入射されて、当該スクリーンで反射した映像光を通過させる位置に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の仮想現実感生成システム。
【請求項４】
前記スクリーンは、映像光の偏光状態を保持して反射する鏡面反射型のスクリーンであり、
前記時分割偏光フィルタは、前記時分割映像投影手段から出射された映像光を通過させて、前記鏡面反射型のスクリーンに入射させる位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の仮想現実感生成システム。
【請求項５】
前記時分割映像投影手段からの映像光を反射させて前記スクリーンに投影するミラー部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の仮想現実感生成システム。
【請求項６】
前記スクリーンは、曲面部分を有し、
前記映像信号生成手段は、前記スクリーンの曲面部分の形状に合わせて前記右眼用映像信号及び前記左眼用映像信号に歪み補正を施すことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の仮想現実感生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者に臨場感の豊かな映像空間を提供するために、大型スクリーンに映像を投影して、当該映像の実現感を生成する仮想現実感生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察者に立体映像を視認させる技術としては、下記の非特許文献１，２、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００３】
非特許文献１，２に記載された技術は、モニタに立体映像を映しだして、観察者に偏光メガネを装着させるものである。この非特許文献１，２に記載の技術は、液晶パネル付きモニタ（21MX-SL（NuVision社製））であり、円偏光メガネを使用して、観察者に立体映像を視認させる。この液晶パネル付きモニタは、立体映像を表示するときに、液晶パネルを高速で切り替えて、右眼用の映像と左眼用の映像とを切り替えて観察者に視認させている。このような液晶パネル付きモニタは、既存のモニタに液晶パネルを取り付けるだけで偏光メガネによって立体視ができるとしている。
【０００４】
また、特許文献１に記載された技術は、 右眼用の画像と左眼用の画像を交互に表示する画像表示手段と、液晶シャッターが設けられた眼鏡と、液晶シャッターを駆動する駆動手段とを有し、液晶シャッターを通して画像表示手段に表示される画像を見ることにより立体的な画像を見ることができるようにする立体表示装置において、液晶シャッターの応答速度の変化を検出して、液晶シャッターの動作タイミングを調整している。
【非特許文献１】http://www.nuvision3d.com/the21mx.html
【非特許文献２】http://www.the-bit.co.jp/products/products2-21mx.html
【特許文献１】特開２００１−７５０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術では、出射された映像光に対して所定の偏光状態の映像光のみを通過させる構成であって、スクリーンの形状や映像光のスクリーンへの入射角などにより映像光の偏光が崩れるために、立体視が困難になるということが考慮されていない。
【０００６】
また、映像光の偏光状態が崩れることを抑制するために鏡面反射スクリーンを使用しても、鏡面反射型スクリーンの反射ゲインが高いために、ハレーション等が発生する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、観察者に視認させる映像光の偏光状態が崩れること及びハレーションを低減しつつ、１台のみの映像投影手段によって偏光制御方式の立体視を実現できる仮想現実感生成システム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】
【０００８】
本発明は、観察者に立体映像を提示する仮想現実感生成システムであって、観察者に装着され、第１の偏光方向の映像光を通過させる右眼用偏光フィルタと第２の偏光方向の映像光を通過させる左眼用偏光フィルタとが形成された偏光メガネと、映像が投影されるスクリーンと、右眼用映像光を生成するための右眼用映像信号と左眼用映像光を生成するための左眼用映像信号とを生成する映像信号生成手段と、映像信号生成手段で生成された右眼用映像信号と左眼用映像信号を用いて、第１の偏光方向の右眼用映像光と第２の偏光方向の第２の左眼用映像光とを所定の周期で切り換えて出射する時分割映像投影手段と、時分割映像投影手段から出射された映像光のうち、第１の偏光方向の映像光を通過させる状態と第２の偏光方向の映像光を通過させる状態とを切り換え可能な時分割偏光フィルタとを備え、上述の課題を解決するために、時分割映像投影手段が右眼用映像光を出射する状態と左眼用映像光を出射する状態との切り換え周期と、時分割偏光フィルタが第１の偏光方向の映像光を通過させる状態と第２の偏光方向の映像光を通過させる状態との切り換え周期との同期を確立する同期確立手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る仮想現実感生成システムによれば、１台のみの映像投影手段によって時分割で右眼用映像光及び左眼用映像光を出射する場合でも、当該映像信号生成手段による右眼用映像信号及び左眼用映像信号の出力タイミングと、映像信号の映像投影手段による右眼用映像光及び左眼用映像光の出射タイミングと、時分割偏光フィルタの第１の偏光方向と第２の偏光方向との切替タイミングとの同期を同期確立部で取ることによって、観察者に視認させる映像光の偏光状態が崩れること及びハレーションを低減しつつ、１台のみの映像投影手段によって偏光制御方式の立体視を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明を適用した仮想現実感生成システムは、図１に示すように、単一の時分割プロジェクタ１によって右眼用映像光と左眼用映像光とを時分割で出射し、スクリーン２で反射させた右眼用映像光と左眼用映像光とを時分割偏光フィルタ３を通過させて観察者に装着されている偏光メガネ４を介して視認させるものである。
【００１２】
偏光メガネ４は、時分割偏光フィルタ３を介して入射する右眼用映像光の偏光方向（第１の偏光方向）と同じ偏光方向の映像光を通過させる右眼用偏光フィルタ４Ｒと、時分割偏光フィルタ３を介して入射する左眼用映像光の偏光方向（第２の偏光方向）と同じ偏光方向の映像光を通過させる左眼用偏光フィルタ４Ｌとが形成されている。そして、偏光メガネ４は、観察者に装着された状態で、当該観察者の右眼で右眼用映像を視認させ、左眼で左眼用映像を視認させる。
【００１３】
時分割プロジェクタ１は、第１の偏光方向の右眼用映像光と第２の偏光方向の左眼用映像光とを時分割で交互に出射するために、映像生成装置５からの右眼用映像信号と左眼用映像信号とを時分割で交互に受信する。映像生成装置５は、映像信号を記憶する記憶媒体を備えた単一の映像出力部５ａとユーザに操作される操作入力部５ｂと各種内容を表示するモニタ部５ｃとを備えたパーソナルコンピュータで構成されている。この映像生成装置５は、図１のようにホワイトスクリーン２が球体の一部を利用した半球状となっている場合には、当該半球状ホワイトスクリーン２の曲面形状に合わせて歪み補正を施した映像信号を時分割プロジェクタ１に供給する。
【００１４】
半球状ホワイトスクリーン２は、時分割プロジェクタ１からの右眼用映像光と左眼用映像光とを拡散反射する。ここで、半球状ホワイトスクリーン２は光拡散型の表面となっているために、半球状ホワイトスクリーン２で反射された右眼用映像光及び左眼用映像光は、その偏光方向が保持された光成分と、その偏光方向が変化してしまう光成分とが混合したものとなってしまう。
【００１５】
時分割偏光フィルタ３は、ホワイトスクリーン２と観察者との間に配設され、半球状ホワイトスクリーン２で反射された映像光のうち所定の偏光方向の映像光のみを通過させる。すなわち、右眼用映像光が入射されている場合には第１の偏光方向の映像光のみを通過させ、左眼用映像光が入射されている場合には第２の偏光方向の映像光のみを通過させて、半球状ホワイトスクリーン２で右眼用映像光及び左眼用映像光の偏光方向が変化した光成分を遮断し、偏光方向が保持された光成分のみを通過させる。
【００１６】
また、半球状ホワイトスクリーン２は、図２に示すような所謂平面型のスクリーン２ではないために、映像出力部５ａは、半球状ホワイトスクリーン２の曲面部分の形状に合わせて右眼用映像信号及び左眼用映像信号に歪み補正を施す。このとき、映像出力部５ａは、半球状ホワイトスクリーン２の形状、時分割プロジェクタ１と半球状ホワイトスクリーン２との相対位置、時分割プロジェクタ１の画角をパラメータとして、右眼用映像信号及び左眼用映像信号に歪み補正を施して、観察者に歪みのない映像を視認させるようにする。
【００１７】
このような仮想現実感生成システムは、観察者に立体映像を提示する場合には、例えばユーザによって操作入力部５ｂが操作されて、映像出力部５ａから右眼用映像信号及び左眼用映像信号を時分割プロジェクタ１に出力して、時分割プロジェクタ１から右眼用映像光及び左眼用映像光を出射させる。このとき、映像出力部５ａは、右眼用映像信号と左眼用映像信号とを所定の周波数で交互に出力し、当該所定の周波数と時分割偏光フィルタ３の第１の偏光方向の映像光を透過させる期間と第２の偏光方向の映像光を透過させる期間との切り換え周波数と同期させるように、同期装置６を制御する。
【００１８】
同期装置６は、映像出力部５ａの右眼用映像信号及び左眼用映像信号の出力タイミングと、時分割プロジェクタ１の右眼用映像光及び左眼用映像光の出射タイミングと、時分割偏光フィルタ３の第１，第２の偏光方向の切替タイミングとの同期を確立させる。この同期装置６は、当該各タイミングの切り換え速度を同一にすることによって、各タイミングの同期を確立する。
【００１９】
これによって、時分割プロジェクタ１から右眼用映像光を出射させている時には、右眼用映像光を透過させるような偏光方向の映像光を通過させるように時分割偏光フィルタ３を制御して、当該右眼用映像光を時分割偏光フィルタ３、半球状ホワイトスクリーン２及び偏光メガネ４によって右眼用映像光を視認させ、 時分割プロジェクタ１から左眼用映像光を出射させている時には、左眼用映像光を透過させるような偏光方向の映像光を通過させる偏光状態に時分割偏光フィルタ３を制御して、当該左眼用映像光を時分割偏光フィルタ３、半球状ホワイトスクリーン２及び偏光メガネ４によって左眼用映像光を視認させる。
【００２０】
なお、同期装置６は、映像出力部５ａからの右眼用映像信号及び左眼用映像信号の出力タイミングを制御して他の右眼用映像光及び左眼用映像光の出力タイミングと時分割偏光フィルタ３の偏光状態の切替タイミングとの同期を確立しなくても、少なくとも、右眼用映像光及び左眼用映像光の出力タイミングと時分割偏光フィルタ３の偏光方向の切替タイミングとの同期を確立すれば良い。このような仮想現実感生成システムは、例えば時分割プロジェクタ１に映像バッファを備えておいて、映像出力部５ａから入力して記憶しておいた右眼用映像信号及び左眼用映像信号を所定のタイミングとなったら出力するように設計することになる。
【００２１】
以上のように、本発明を適用した仮想現実感生成システムによれば、時分割プロジェクタ１と時分割偏光フィルタ３との同期を取り、半球状ホワイトスクリーン２で映像光を反射させた後に、時分割偏光フィルタ３を通過させて観察者に視認させる構成となっているので、１台の時分割プロジェクタ１のみで観察者に立体映像を観察させることができる。
【００２２】
また、この仮想現実感生成システムによれば、映像出力部５ａによって半球状ホワイトスクリーン２の形状や半球状ホワイトスクリーン２への映像入射角によって歪み補正を施して右眼用映像光及び左眼用映像光を半球状ホワイトスクリーン２に投影させるので、光拡散型の半球状ホワイトスクリーン２の反射によって時分割プロジェクタ１から出射した右眼用映像光及び左眼用映像光の偏光状態が崩れても、時分割偏光フィルタ３によって所定の偏光方向の映像光のみを通過して観察者に立体映像を視認させることができる。
【００２３】
更に、この仮想現実感生成システムによれば、鏡面反射型のスクリーンではない半球状ホワイトスクリーン２を使用しているので、ハレーション等を発生させることなく、見やすい立体映像を観察者に視認させることができる。
【００２４】
また、上述した仮想現実感生成システムにおいては、観察者から見て凹部となっている半球状ホワイトスクリーン２を使用したが、これに限らず、図２に示すように平面型のスクリーン２を使用しても良く、図３に示すように横方向のみに映像を拡大するシリンドリカル型のスクリーン２を使用しても良い。これらの場合、それぞれのスクリーン２の形状に応じて、映像出力部５ａによって異なる歪み補正を映像信号を施して時分割プロジェクタ１から右眼用映像光及び左眼用映像光を出射させることになる。
【００２５】
更に、上述した仮想現実感生成システムにおいては、右眼用映像光を縦方向の偏光、左眼用映像光を横方向の偏光とし、時分割偏光フィルタ３を縦方向の偏光と横方向の偏光とで切り換え、更に、偏光メガネ４の右眼用偏光フィルタ４Ｒを縦方向の偏光、左眼用偏光フィルタ４Ｌを横方向の偏光とした場合について説明したが、図４（Ａ）に示すように右眼用映像光及び左眼用映像光の偏光状態を相互に対称な斜め方向（ハの字型）としても良く、図４（Ｂ）に示すように右眼用映像光を右回り円偏光、左眼用映像光を左回り円偏光としても良い。当然のことながら、右眼用偏光フィルタ４Ｒ及び左眼用偏光フィルタ４Ｌの偏光状態と、時分割プロジェクタ１から出射する右眼用映像光及び左眼用映像光の偏光状態と、時分割偏光フィルタ３が切り換えられる偏光状態とは同一種類で同期を確立するものとする。
【００２６】
つぎに、本発明を適用した仮想現実感生成システムにおいて、透過型のスクリーン２を使用して、当該スクリーン２の後方から右眼用映像光及び左眼用映像光を投影する場合について説明する。
【００２７】
この仮想現実感生成システムは、図５に示すように、半球状ホワイトスクリーン２を使用し、当該半球状ホワイトスクリーン２の凸面から右眼用映像光及び左眼用映像光を投影し、半球状ホワイトスクリーン２の凹面から右眼用映像光及び左眼用映像光を透過させる。また、映像出力部５ａでは、半球状ホワイトスクリーン２の形状に合わせて、右眼用映像信号及び左眼用映像信号に歪み補正を施す。
【００２８】
このような仮想現実感生成システムは、スクリーン２を通過した直後に右眼用映像光及び左眼用映像光を時分割偏光フィルタ３に通過させることができる。したがって、上述した仮想現実感生成システムと同様に、偏光メガネ４の右眼用偏光フィルタ４Ｒ及び左眼用偏光フィルタ４Ｌの偏光状態と同じ偏光状態の右眼用映像光及び左眼用映像光を視認させることができることに加えて、半球状ホワイトスクリーン２を通過した右眼用映像光及び左眼用映像光に偏光を施すので半球状ホワイトスクリーン２の形状や半球状ホワイトスクリーン２への光入射角度による偏光方向の崩れを少なくできる。また、右眼用映像光及び左眼用映像光が一度しか時分割偏光フィルタ３を通過しないので観察者に視認させる映像光の損失を低減でき、右眼用映像光及び左眼用映像光が二度に亘って時分割偏光フィルタ３を通過する場合と比較して、低出力で輝度の高い立体映像を視認させることができる。
【００２９】
また、右眼用映像光及び左眼用映像光が一度しか時分割偏光フィルタ３を通過しない光反射型の仮想現実感生成システムの他の例としては、図６に示すように、時分割プロジクタ１から出射された右眼用映像光及び左眼用映像光が半球状ホワイトスクリーン２に到達する光経路上に時分割偏光フィルタ３を設けずに、半球状ホワイトスクリーン２から反射した右眼用映像光及び左眼用映像光が通過する位置に時分割偏光フィルタ３を配設する。すなわち、時分割偏光フィルタ３は、時分割プロジェクタ１から出射された映像光を直接半球状ホワイトスクリーン２に入射されて、当該半球状ホワイトスクリーン２で反射した映像光を通過させる位置に配設されている。
【００３０】
また、時分割プロジェクタ１からの映像光が時分割偏光フィルタ３を通らずに半球状ホワイトスクリーン２に入射する配置であれば、時分割プロジェクタ１を時分割偏光フィルタ３の直上に配置しても良く、時分割プロジェクタ１を観察者の直上に配設しても良い。また、時分割プロジェクタ１を時分割偏光フィルタ３の直上に配置させる場合に、当該時分割プロジェクタ１と時分割偏光フィルタ３とを一体に構成しても良い。
【００３１】
このような構成であっても、右眼用映像光及び左眼用映像光が一度しか時分割偏光フィルタ３を通過しないために、右眼用映像光及び左眼用映像光の損失を低減して、右眼用映像光及び左眼用映像光が二度に亘って時分割偏光フィルタ３を通過する場合と比較して、低出力で輝度の高い立体映像を視認させることができる。
【００３２】
更に、本発明を適用した他の仮想現実感生成システムは、図７に示すように、時分割プロジェクタ１と半球状ホワイトスクリーン２との間に、時分割プロジェクタ１からの右眼用映像光及び左眼用映像光を鏡面反射して半球状ホワイトスクリーン２に導くミラー部７を配設しても良い。この仮想現実感生成システムにおいて、映像出力部５ａは、半球状ホワイトスクリーン２の形状、時分割プロジェクタ１と半球状ホワイトスクリーン２との相対位置、時分割プロジェクタ１の映像光の画角をパラメータとして歪み補正を施すが、ミラー部７の位置、角度をもパラメータとして右眼用映像信号及び左眼用映像信号に歪み補正を施すことになる。
【００３３】
また、図７では、半球状ホワイトスクリーン２の前方から右眼用映像光及び左眼用映像光を投影した反射型の仮想現実感生成システムを示しているが、半球状ホワイトスクリーン２の背面から右眼用映像光及び左眼用映像光を投影する仮想現実感生成システムにおいて、時分割プロジェクタ１と半球状ホワイトスクリーン２との間にミラー部７を配設しても良い。
【００３４】
このようにミラー部７を備えた仮想現実感生成システムは、時分割プロジェクタ１の設置場所の自由度を高めることができる。
【００３５】
更にまた、仮想現実感生成システムの変形例としては、図８に示すように、時分割プロジェクタ１と鏡面型のスクリーン２との間であって、時分割プロジェクタ１の近傍に時分割偏光フィルタ３を配設しても良い。このような仮想現実感生成システムは、時分割プロジェクタ１から出射された右眼用映像光及び左眼用映像光の偏光状態を確実に偏光メガネ４で視認できる偏光状態にして鏡面型のスクリーン２に投影する。ここで、鏡面型のスクリーン２は、右眼用映像光及び左眼用映像光の入射角度によって偏光状態の崩れる度合いが光拡散型のホワイトスクリーンと比較して小さいので、右眼用映像光及び左眼用映像光が鏡面型のスクリーン２に到達する前に右眼用映像光及び左眼用映像光を偏光させる。
【００３６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用した仮想現実感生成システムの構成図である。
【図２】本発明を適用した他の仮想現実感生成システムであって、スクリーンを平面型としたシステム図である。
【図３】本発明を適用した更に他の仮想現実感生成システムであって、スクリーンをシリンドリカル型としたシステム図である。
【図４】本発明を適用した更に他の仮想現実感生成システムの偏光メガネの他の例を示す図であり、（Ａ）右眼用偏光フィルタ、左眼用偏光フィルタを斜め方向の偏光とした偏光メガネ、（Ｂ）右眼用偏光フィルタ、左眼用偏光フィルタを円偏光とした偏光メガネを示す。
【図５】本発明を適用した更に他の仮想現実感生成システムであって、半球状ホワイトスクリーン２の背面から右眼用映像光及び左眼用映像光を投影するシステム図である。
【図６】本発明を適用した更に他の仮想現実感生成システムであって、右眼用映像光及び左眼用映像光を一度だけ時分割偏光フィルタに通過させるシステム図である。
【図７】本発明を適用した更に他の仮想現実感生成システムであって、時分割プロジェクタと半球状ホワイトスクリーンとの間にミラー部を配設したシステム図である。
【図８】仮想現実感生成システムの変形例を示すシステム図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  時分割プロジェクタ
２  スクリーン
３  時分割偏光フィルタ
４  偏光メガネ
５  映像生成装置
５ａ  映像出力部
５ｂ  操作入力部
５ｃ  モニタ部
６  同期装置
７  ミラー部
【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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